Rancang Bangun Sistem Monitoring Daya Listrik -...

UNIVERSITAS INDONESIA

RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING DAYA

LISTRIK PADA FOTOVOLTAIK SECARA REALTIME

BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 16

SKRIPSI

ELSA ALFIANSYAH

07 06 19 9275

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK

JUNI 2009

UNIVERSITAS INDONESIA

RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING DAYA

LISTRIK PADA FOTOVOLTAIK SECARA REALTIME

BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 16

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik

ELSA ALFIANSYAH

07 06 19 9275

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK

JUNI 2009

ii

PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri,

dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk

telah saya nyatakan dengan benar.

Nama : Elsa Alfiansyah

NPM : 0706199275

Tanda Tangan :

Tanggal : 6 Juli 2009

Rancang bangun..., Elsa Alfiansyah, FT UI, 2009

iii

PENGESAHAN

Skripsi ini diajukan oleh : Nama : Elsa Alfiansyah NPM : 0706199275 Program Studi : Teknik Elektro Judul Skripsi : Rancang Bangun Sistem Monitoring Daya Listrik Pada Fotovoltaik Secara Realtime Berbasis Mikrokontroller ATmega 16 Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima

sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik ada Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik,

Universitas Indonesia

DEWAN PENGUJI

Pembimbing : Dr.Ir. Feri Yusivar, M.Eng ( )

Penguji : Dr.Ir.Ridwan Gunawan, MT ( )

Penguji : Aries Subiantoro, ST, MSc. ( )

Ditetapkan di : Ruang Multimedia A LT.2 DTE Depok

Hari / Tanggal : Selasa, 30 Juni 2009


iv

UCAPAN TERIMA KASIH

Puji Syukur selalu saya haturkan kehadirat Allah SWT atas segala nikmat dan

karunia yang telah diberikan-Nya, karena atas berkat dan rahmat-Nya sehingga saya

dapat menyelesaikan skripsi ini dapat terselesaikan tepat waktu seperti apa yang

direncanakan. Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu

syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Jurusan Elektro pada Fakultas Teknik

Universitas Indonesia. Saya menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari

berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan skripsi ini, sangatlah

sulit bagi saya untuk menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu, saya secara khusus

menghaturkan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

(1) Dr. Ir.Feri Yusivar, M.Eng, selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan

waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam penyusunan skripsi

ini.

(2) Orang tua dan keluarga saya yang telah memberikan motivasi dan dukungan

material dan moral sehingga laporan skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik.

(3) Sahabat dan semua pihak yang telah banyak membantu saya berupa saran dan

masukan dalam menyelesaikan skripsi ini.

Akhir kata, penulis menyadari skripsi ini masih banyak kekurangannya. Oleh karena

itu kritik dan saran sangat saya harapkan untuk kesempurnaan skripsi ini selanjutnya

dapat lebih disempurnakan dan bermanfaat bagi kita semua.Semoga skripsi ini

membawa manfaat bagi pengembangan ilmu.

Depok, 6 Juli 2009

Penulis


v

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK

KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : Elsa Alfiansyah NPM : 0706199275 Program Studi : Teknik Elektro Departemen : Teknik Elektro Fakultas : Teknik Jenis karya : Skripsi

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty-

Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul : Rancang Bangun Sistem Monitoring Daya Listrik Pada Fotovoltaik Secara

Realtime Berbasis Mikrokontroller ATmega 16

beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan mempublikasikan tugas akhir saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Depok

Pada tanggal : 6 Juli 2009

Yang menyatakan

( Elsa Alfiansyah )



vi

ABSTRAK

Nama : Elsa Alfiansyah Program Studi : Teknik Elektro Judul : Rancang Bangun Sistem Monitoring Daya Listrik Pada

Fotovoltaik Secara Realtime Berbasis Mikrokontroller ATmega 16

Dalam suatu proses pengukuran daya listrik fotovoltaik penting dilakukan

pemantauan secara teratur agar semua kegiatan dapat terkontrol dengan baik.

Suatu cara yang efektif dan efisien adalah dengan menggunakan sistem

monitoring yang bersifat realtime, dimana semua proses pengukuran tegangan dan

arus yang sedang berlangsung dapat dipantau secara seksama pada saat itu juga.

Pada tugas akhir ini dibahas suatu sistem monitoring fotovoltaik dengan

memanfaatkan mikrokontroler dan komputer. Mikrokontroler berfungsi sebagai

kontrol aksi monitoring fotovoltaik sekaligus menghubungkannya dengan

komputer. Komputer berfungsi sebagai tempat memproses data-data yang dikirim

oleh mikrokontroler dan menampilkannya pada monitor dengan menggunakan

software fotovoltaik. Perangkat lunak dibuat dalam bahasa basic untuk

mikrokontroller, Borland Delphi 6.0 untuk proses data dan tampilan, Microsoft

Access untuk manajemen database. Perangkat lunak yang dibuat mampu

melakukan monitoring dari modul fotovoltaik untuk mengumpulkan data:

tegangan (V) serta arus (I) yang dihasilkan oleh modul fotovoltaik. Dari grafik

yang didapat, diketahui bahwa tegangan maksimum yang diperoleh sekitar

202,79 V, dan arus maksimum berharga 0,894 A. Dari hasil pengujian yang

dilakukan sistem dapat bekerja dengan baik dan berjalan sesuai dengan yang

diharapkan.

Kata kunci : Fotovoltaik, Mikrokontroller, Sistem Monitoring



vii

ABSTRACT

Name : Elsa Alfiansyah Study Program: Electrical Engineering Title : Design And Development Realtime Monitoring System Of

Electric Energy In Photovoltaic Based On Microcontroller ATmega 16

It is important to do monitoring in a measurement of photovoltaic electric energy

process, so every activity will be well controlled. One way that effective and

efficient is by using the realtime monitoring system, where every activity

measurement of voltage and current will be watch accurately in the same time, in

the real time. This final project will discuss about using microcontroller and

computer in photovoltaic monitoring system. The microcontroller will control the

photovoltaic and make connection to the computer while the computer will handle

data process and output view with using photovoltaic software. Software will

write in basic language for microcontroller, Borland Delphi 6.0 for data process

and output view, Microsoft Access for data base management.The software be

able to monitoring from photovoltaic modul and collect voltage and current that

are produced by photovoltaic modul. From the graphic we can know that that

maximum voltage there about 202,79 V, and maximum current have value 0,894

A. From the test result, the system works properly and successfully.

Keywords : Photovoltaic, Microcontroller, Monitoring System



viii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i

PERNYATAAN ORISINALITAS .................................................................... ii

PENGESAHAN ................................................................................................ iii

UCAPAN TERIMA KASIH ............................................................................. iv

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ......................... v

ABSTRAK ........................................................................................................ vi

ABSTRACT ..................................................................................................... vii

DAFTAR ISI ................................................................................................... viii

DAFTAR GAMBAR......................................................................................... xi

DAFTAR TABEL ........................................................................................... xiv

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ..................................................................... 1

1.2 Tujuan Penulisan ................................................................................ 1

1.2.1 Tujuan Umum .......................................................................... 2

1.2.2 Tujuan Khusus ......................................................................... 2

1.3 Ruang Lingkup dan Pembatasan Masalah .......................................... 2

1.3.1 Ruang Lingkup ....................................................................... 2

1.3.2 Pembatasan Masalah ............................................................... 3

1.4 Metode Perancangan .......................................................................... 3

1.5 Sistematika Penulisan ........................................................................ 4

BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................ 6

2.1 Fotovoltaik ....................................................................................... 6

2.1.1 Pengertian Fotovoltaik ............................................................ 6

2.1.2 Modul Fotovoltaik .................................................................. 6

2.1.3 Prinsip Kerja Fotovoltaik ........................................................ 7

2.2 Sensor Arus ...................................................................................... 8



ix

2.3 Operational Amplifier .................................................................... 11

2.3.1 Karakteristik Ideal Penguat Operasional ............................... 11

2.3.2 Penguatan Tegangan Llngkar Terbuka ................................. 12

2.3.3 Tegangan Ofset Keluaran ..................................................... 12

2.3.4 Hambatan Masukan ............................................................. 12

2.3.5 Hambatan Keluaran.............................................................. 13

2.3.6 Lebar Pita ............................................................................ 13

2.3.7 Waktu Tanggapan ................................................................ 14

2.3.8 Karakteristik Terhadap Suhu ................................................ 14

2.4 Mikrokontroller AVR ..................................................................... 15

2.4.1 Gambaran Umum Mikrokontroller AVR ATmega 16 ........... 15

2.4.2 Konfigurasi Pin Mikrokontroller AVR ATmega 16 .............. 16

2.5 Komunikasi Serial .......................................................................... 18

2.6 Borland Delphi ............................................................................... 20

2.6.1 Form dan Unit ...................................................................... 21

2.6.2 Komponen Delphi ................................................................ 23

2.6.3 Tipe Data dan Konversi pada Delphi .................................... 24

2.6.4 Variabel Operator ................................................................ 26

BAB III PERANCANGAN SISTEM .............................................................. 27

3.1 Konfigurasi Umum Sistem............................................................. 27

3.1.1 Perangkat Keras (Hardware) ............................................... 28

3.1.1.1 Power Supply ............................................................... 29

3.1.1.2 Perancangan Rangkaian Operasional Amplifier ............ 30

3.1.1.3 Rangkaian Mikrokontroller AVR ATmega 16 ............... 31

3.1.2 Perangkat Lunak (Software) ................................................ 32

3.1.2.1 Pendefinisian Masalah .................................................. 32

3.1.2.2 Kelengkapan Pendukung Software ................................ 33

3.1.2.3 Kelengkapan Pendukung Hardware .............................. 34

3.1.3 Software Monitoring Fotovoltaik ......................................... 34

3.1.3.1 Ligkungan Pemrograman Borland Delphi ..................... 34



x

3.1.3.2 Komunikasi Serial Dengan Borland Delphi ................... 35

3.1.3.3 Program Monitoring Fotovoltaik ................................... 35

3.1.4 Komunikasi Serial Monitoring Fotovoltaik .......................... 37

3.2 Prinsip Kerja Sistem ...................................................................... 39

3.3 Perancangan Program Pada Sistem Monitoring .............................. 40

3.4 Desain Perangkat Keras ................................................................. 44

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM .......................................... 45

4.1 Pengujian Perangkat Keras ............................................................ 45

4.1.1 Pengujian Sensor Arus .......................................................... 45

4.1.2 Pengujian Rangkaian Operasional Amplifier ......................... 48

4.2 Pengujian Sistem Keseluruhan ....................................................... 51

4.2.1 Pengambilan Data ................................................................. 51

4.2.2 Pengolahan Data dan Analisa Grafik Hasil Pengujian ........... 59

BAB V KESIMPULAN ................................................................................... 63

DAFTAR ACUAN ........................................................................................... 65

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 66

LISTING PROGRAM ..................................................................................... 67

LAMPIRAN ..................................................................................................... 71



xi

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Modul Fotovoltaik ............................................................................ 6

Gambar 2.2 Potongan Melintang Modul Fotovoltaik ............................................ 7

Gambar 2.3 Prinsip kerja fotovoltaik.................................................................... 7

Gambar 2.4 Modul DCS-01 ................................................................................. 8

Gambar 2.5 Pin-pin pada modul DCS-01 ............................................................. 9

Gambar 2.6 Penggunaan DCS-01 untuk pengukuran beban yang

ditampilkan ke PC...............................................................................9

Gambar 2.7 Grafik keluaran DCS-01 terhadap arus yang disensor .................... 10

Gambar 2.8 Diagram Schematic Simbol Penguat Op-Amp ............................... 11

Gambar 2.9 Pin-pin ATmega 16 kemasan 40- pin. ........................................... 17

Gambar 2.10 Penampang Konektor DB 9 dan DB 25 ......................................... 19

Gambar 2.11 Bentuk Gelombang Sinyal RS 232. ............................................... 19

Gambar 2.12 Lingkungan Pemrograman Borland Delphi ................................... 21

Gambar 2.13 Form pada delphi .......................................................................... 22

Gambar 2.14 Explorer box dan Code Editor ....................................................... 23

Gambar 2.15 Komponen-komponen pada delphi ................................................ 23

Gambar 3.1 Diagram Kotak Sistem .................................................................. 28

Gambar 3.2 Power Supply ±12V dan 5 V ........................................................ 29



xii

Gambar 3.3 Rangkaian mikrokontroller ATmega 16 ........................................ 31

Gambar 3.4 Diagram Penyelesaian Global ....................................................... 32

Gambar 3.5 Setting Serial Component ............................................................. 35

Gambar 3.6 Tampilan Utama dari Program Monitoring Fotovoltaik ................ 37

Gambar 3.7 IC MAX 232 ................................................................................. 38

Gambar 3.8 Blok Komunikasi Antara Mikrokontroller dengan PC .................... 38

Gambar 3.9 Diagram blok sistem keseluruhan .................................................. 39

Gambar 3.9 Blok fungsional program pada sistem monitoring fotovoltaik ........ 40

Gambar 3.11 Diagram alir program pada sistem monitoring fotovoltaik............. 41

Gambar 3.12 Diagram alir program pada sistem pengirim .................................. 42

Gambar 3.13 Diagram alir program pada sistem penerima ................................. 43

Gambar 3.14 Diagram perangkat keras alat ukur ................................................ 44

Gambar 4.1 Rangkaian pengujian pada sensor arus ........................................... 46

Gambar 4.2 Rangkaian pengujian penguatan non-inverting ............................... 48

Gambar 4.3 Tampilan hasil sistem monitoring fotovoltaik pada display LCD .... 51

Gambar 4.4 Tampilan hasil pengukuran 1 yang diterima secara serial dalam

bentuk plot grafik dan tabulasi data secara realtime........................52

Gambar 4.5 Hasil pengiriman data pengukuran ................................................ 52

Gambar 4.6 Grafik Perubahan Nilai Tegangan Terhadap Waktu pada

Pengukuran 1....................................................................................54

Gambar 4.7 Grafik Perubahan Nilai Arus Terhadap Waktu pada

Pengukuran 1....................................................................................54



xiii


bentuk plot grafik dan tabulasi data secara realtime.........................55


Pengukuran 2....................................................................................56


Pengukuran 2....................................................................................57


bentuk plot grafik dan tabulasi data secara realtime.......................57


Pengukuran 3....................................................................................58


Pengukuran 3....................................................................................59



xiv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Tipe data Integer ................................................................................ 24

Tabel 2.2 Tipe data Character ............................................................................ 25

Tabel 2.3 Tipe data String .................................................................................. 25

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Sensor Arus .............................................................. 46

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Rangkaian Penguat ................................................... 49

Tabel 4.3 Data Hasil Pengukuran 1 Energi Listrik Fotovoltaik ........................... 53



Tabel 4.6 Tabel Perbandingan Tegangan, Arus, dan Daya Maksimum ............... 61



1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG MASALAH

Listrik tenaga surya diperoleh dengan melalui sistem photo-voltaic. Photo-

voltaic terdiri dari photo dan voltaic. Photo berasal dari kata Yunani phos yang

berarti cahaya. Sedangkan voltaic diambil dari nama Alessandro Volta (1745 -

1827), seorang pelopor dalam pengkajian mengenai listrik. Sehingga photo-

voltaic dapat berarti listrik-cahaya. Belakangan ini, fotovoltaik lebih sering

disebut solar cell atau sel surya, karena cahaya yang dijadikan energi listrik adalah

sinar matahari.

Sel Surya atau Fotovoltaik merupakan sebuah divais semikonduktor yang

memiliki permukaan yang luas dan terdiri dari rangkaian dioda tipe p dan n

terbuat dari potongan silikon yang sangat kecil dengan dilapisi bahan kimia

khusus untuk membentuk dasar dari sel surya yang mampu merubah energi sinar

matahari menjadi energi listrik. Hal ini dikarenakan sel surya merupakan elemen

aktif (Semikonduktor) yang memanfaatkan efek fotovoltaik untuk merubah energi

tersebut. Sel surya pada umumnya memiliki ketebalan minimum 0,3 mm yang

terbuat dari irisan bahan semikonduktor dengan kutub positif dan negatif. Tiap sel

surya biasanya menghasilkan tegangan 0,5 volt.

Pada sel surya terdapat sambungan ( junction ) antara dua lapisan tipis

yang terbuat dari bahan semikonduktor yang masing-masing diketahui sebagai

semikonduktor jenis “P” ( positif ) dan semikonduktor jenis “N” ( negatif ).

Semikonduktor jenis-N dibuat dari kristal silikon dan terdapat juga sejumlah

material lain (umumnya posfor) dalam batasan bahwa material tersebut dapat

memberikan suatu kelebihan elektron bebas.

Seiring dengan meningkatnya kebutuhan akan pemanfaatan energi surya,

berbagai penelitian dilakukan sehubungan dengan sumber energi alternatif,

pengganti bahan bakar fosil yang keberadaannya semakin menipis. Salah satu

penelitian yang dilakukan adalah pembuatan sistem data akuisisi guna mengukur

renergi listrik surya dan karakteristik modul fotovoltaik yang dirancang.



2

Perangkat keras yang digunakan untuk sistem monitoring energi listrik

pada fotovoltaik adalah satu buah rangkaian pembagi tegangan dinamik, satu

buah rangkaian pengukur arus, satu buah penguat tegangan, dan sebuah beban

dinamik yang berfungsi sebagai simulasi beban pada kondisi nyata. Besarnya

tegangan yang didapat dari modul sel surya kemudian diperkuat menggunakan

rangkaian penguat dan dengan menggunakan ATmega 16 sebagai A/D converter,

data tersebut ditarnpilkan ke layar monitor melalui komunikasi serial RS 232

untuk kemudian disimpan dan diolah ke dalam bentuk grafik menggunakan

perangkat lunak yang telah dibuat.

1.2 TUJUAN PENULISAN

1. Tujuan penulisan dari skripsi ini adalah untuk merencanakan sistem

monitoring energi listrik secara realtime yang dihasilkan dari modul

fotovoltaik secara keseluruhan berbasis mikrokontroller.

2. Membuat prototipe untuk sistem monitoring energi listrik dari rangkaian

modul fotovoltaik secara keseluruhan dengan menggunakan mikrokontroller

ATmega 16 dan sebuah perangkat lunak yang dibuat guna mengumpulkan

data seperti tegangan (V) serta arus (I) yang dihasilkan oleh modul fotovoltaik

kemudian akan terrekam pada database dengan menggunakan Microsoft Acses.

Perangkat lumak dibuat menggunakan Borland Delphi TM

6, sebagai salah satu

bahasa pemrograman yang mendukung GUI (Graphic User Interface) sebagai

penyimpan data dari harga-harga yang didapat dari hasil pengukuran.

1.3 RUANG LINGKUP DAN PEMBATASAN MASALAH

1.3.1 Ruang Lingkup :

Ruang Lingkup penulisan ini adalah sebagai berikut:

1. Menggunakan modul Fotovoltaik Kyocera KC40T TYPE ‘G’ J-BOX

(Terminal Destination: Negatif Post dan Positif Post) yang digunakan

untuk mengkonversikan intensitas radiasi matahari menjadi energi listrik.

2. Menggunakan DCS-01 (Delta Current Sensing), sebagai divais untuk

mempermudah instalasi sensor arus ke dalam sistem.



3

3. Menggunakan mikrokontroler ATmega 16 sebagai A/D Converter dimana

memiliki 8 chanel ADC input dengan resolusi 10 bit.

4. Merancang dan menguji sistem monitoring pengukuran energi listrik yang

dihasilkan dari fotovoltaik pada PC secara real-time dengan perangkat

lunak menggunakan Borland Delphi TM

6 sebagai pengolah data.

5. Software yang dibuat digunakan untuk menampilkan tegangan dan arus

yang dihasilkan dari fotovoltaik.

1.3.2 Pembatasan Masalah :

Pembatasan masalah pada penulisan skripsi ini adalah:

1. Perancangan sistem pengukuran energi listrik dari fotovoltaik didasarkan

pada monitoring yang diperoleh secara realtime.

2. Pengambilan data energi listrik dengan sistem monitoring pada sistem ini

didasarkan pada data inputan dari fotovoltaik yang diperoleh secara

realtime.

3. Pengujian sistem dalam menghasilkan energi listrik yang optimal

didasarkan pada posisi dari modul Fotovoltaik terhadap arah matahari.

4. Pada skripsi ini, Fotovoltaik yang digunakan sebagai sistem utama adalah

fotovoltaik Kyocera KC40T TYPE ‘G’ J-BOX

5. Adapun pada skripsi ini, Energi Listrik yang diperoleh dari fotovoltaik

menghasilkan daya yang cukup besar.

1.4 METODE PERANCANGAN

Perancangan dimulai dengan mempelajari tentang karakteristik dari

fotovoltaik, sensor arus dan op-amp sebagai alat untuk mendapatkan nilai

tegangan dan arus dari sistem monitoring yang dibuat.

Pengendalian sistem dilakukan oleh mikrokontroler, yaitu mikrokontroler

ATmega 16 yang berfungsi mengkonversi data analog dari sensor arus dan

tegangan ke digital untuk selanjutnya data tersebut diakuisisi kemudian dilakukan

pengiriman data ke komputer melalui RS 232. Data yang diterima komputer akan

diolah dan ditampilkan dengan menggunakan Borland Delphi TM

6.



4

Kemudian perancangan dilanjutkan dengan menggabungkan sensor arus

dan rangkaian amplifier pada satu mikrokontroler. Dengan mikrokontroler ini,

maka data yang diperoleh dianalisa, dan dimodifikasi sehingga dapat digunakan

untuk memberikan informasi keluaran dari fotovoltaik berupa nilai tegangan dan

arus yang ditampilkan pada display LCD juga ke PC dengan menggunakan

Borland Delphi TM

6.

1.5 SISTEMATIKA PENULISAN

Sistematika penulisan pada skripsi ini disusun dengan kerangka

pembahasan sebagai berikut:

• BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, tujuan

penelitian, ruang lingkup dan pembatasan masalah, metode

penelitian, dan sistematika penulisan skripsi ini.

• BAB II : TEORI PENUNJANG

Bab ini berisi tentang teori-teori penunjang dalam proses

perancangan dan pembuatan perangkat keras dan lunak dari

proyek akhir yang secara garis besar menguraikan tentang

sensor arus, operasional amplifier , pengubah data dari

analog ke digital dan interfacing RS-232. Yang mana

sistem selanjutnya digunakan untuk merancang sistem

monitoring fotovoltaik berbasis mikrokontroller ATmega

16 dan Borland Delphi TM

6 sebagai pengolah data hasil

pengukuran.

• BAB III : PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERANGKAT

KERAS DAN LUNAK

Bab ini berisi tentang penjelasan mengenai perancangan

serta realisasi studi yang meliputi pembuatan sensor,

operasional amplifier komunikasi serial dan program untuk

monitoring aksi dari photovoltaik



5

• BAB IV : PENGUJIAN DAN ANALISA

Bab ini berisi tentang pengujian dan analisa praktis

terhadap hasil pengamatan dari keseluruhan sistem yang

telah dibuat.

• BAB V : KESIMPULAN

Bab ini berisi tentang kesimpulan akhir dari pembahasan

sebelumnya dari hasil penelitian terhadap rancangan sistem

monitoring yang dihasilkan.



6

Gambar 2.1 . Modul Fotovoltaik

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Fotovoltaik

2.1.1 Pengertian Fotovoltaik

Fotovoltaik atau Sel Surya adalah energi alternatif yang terbarukan,

dimana dapat mengkonversi secara langsung energi matahari menjadi energi

listrik. Adapun keuntungan yang dimiliki dari listrik tenaga surya ini diantaranya:

a. Dalam proses konversi energinya tak menimbulkan pencemaran udara dan

lingkungan.

b. Sumber tenaga yang digunakan sebagai pembangkit energi listrik cukup

berlimpah dan tak perlu membeli

c. Umurnya cukup panjang kurang lebih 15 tahun. [1]

d. Penggunaan cocok untuk daerah terpencil.

Sel surya terbuat dari batu polykristal silium yang dihancurkan menjadi

serbuk silium dan kemudian dipadatkan sehingga berbentuk batang. Kemudian

dipotong-potong menjadi lempengan setebal ± 0,3 mm.

2.1.2 Modul Fotovoltaik

Modul Fotovoltaik (gambar 1 dan 2)adalah unit rangkaian yang lengkap

(dilapisi bahan kedap air dan tahan terhadap perubahan cuaca), tersusun dari

sejumlah sel surya yang dirangkai secara seri dan paralel. Hal ini bertujuan untuk



7

meningkatkan tegangan dan arus yang dihasilkan sehingga cukup untuk

pemakaian sistem catu daya beban.

Gambar 2.2 . Potongan Melintang Modul Fotovoltaik

2.1.3 Prinsip Kerja Fotovoltaik

Sel Surya adalah suatu komponen elektronika yang dapat mengubah energi

surya menjadi energi listrik dalam bentuk arus searah (DC) yang disusun oleh

semikonduktor jenis dioda tipe n dan tipe p yang membentuk junction p-n.

Gambar 2.3 . Prinsip kerja fotovoltaik

Secara garis besar prinsip kerja dari sel surya seperti gambar 3, dapat

dijelaskan sebagai berikut. Jika foton (yang terdiri dari jutaan partikel berenergi

tinggi yang diakibatkan dari radiasi matahari) menumbuk atom silikon dari sel



8

surya dan menghasilkan energi yang cukup untuk mendorong elektron terluar

keluar dari orbitnya dan membentuk hole, maka akan timbul elektron – elektron

bebas yang siap mengalir di ujung – ujung terminal sel surya. Jika beban seperti

lampu dipasang diantara terminal negatif dan positif dari sel surya, maka elektron

– elektron akan mengalir sebagai arus listrik searah yang dapat menghidupkan

lampu tersebut. Semakin besar energi matahari yang mengenai sel surya, maka

semakin besar pula arus yang dihasilkan oleh sel surya tersebut.

Untuk menghasilkan keluaran energi yang maksimum, maka permukaan

modul fotovoltaik harus selalu mengarah ke matahari. Karena matahari

mempunyai lintasan dengan sudut tertentu, maka diperlukan suatu alat yang dapat

mengikuti gerak matahari yang disebut tracker. Tetapi, untuk mendapatkan

keluaran yang maksimum dari modul fotovoltaik di Indonesia cukup dilakukan

dengan memiringkan modul tersebut ke suatu arah dengan sudut kemiringan

sebesar lintang lokasi penempatan dari modul tersebut.

Selain pengaruh arah dari modul fotovoltaik, temperatur juga

mempengaruhi energi listrik yang dihasilkannya. Semakin tinggi temperatur

modul fotovoltaik jenis silikon kristal, maka akan semakin berkurang tegangan

yang dihasilkannya yaitu sebesar 0,04 V sampai 0,10 V per ºC.

2.2 Sensor Arus

Sensor arus yang digunakan adalah delta current sensing (DCS-01) dengan

spesifikasi sebagai berikut:

- 4,5 - 5,5V single supply operation

- 100mV/A output sensitivity and 20A dynamic range

- Output voltage proportional to ac and dc currents

- PCB Fiber & industrial standard

DCS-01 merupakan modul rangkaian pengkondisi yang menggunakan

teknik hall effect untuk mendeteksi adanya aliran arus hingga 20A melalui modul

tersebut. Keluaran dari modul ini dapat dihubungkan pada ADC sehingga sistem

mikrokontroler dapat menghitung nilai besaran arus yang lewat.



9

Gambar 2.4 Modul DCS-01

Dalam pengukuran arus biasanya membutuhkan sebuah resistor shunt

dimana teknologi hall effect yang diterapkan oleh Allegro menggantikan fungsi

resistor shunt dan current transformer menjadi sebuah sensor dengan ukuran yang

relatif jauh lebih kecil. Aliran arus listrik yang mengakibatkan medan magnet dan

menginduksi bagian dynamic offset cancellation dari ACS706ELC-20A. Bagian

ini akan dikuatkan oleh bagian amplifier dan melalui proses filter sebelum

dikeluarkan melalui kaki 6 dan 7.

Gambar 2.5 Pin-pin pada modul DCS-01

Modul DCS-01 dapat berjalan menggunakan power supply tunggal 4.5

sampai 5 volt dan dapat mengukur arus sampai dengan 20 Ampere. Untuk aplikasi

pengukuran beban yang akan ditampilkan ke PC, digunakan Port RS232/USB

sehingga dapat terhubung langsung ke PC, namun untuk menghubungkan modul

ini dengan sistem mikrokontroler dapat digunakan Port RS232 yang merupakan

level TTL

Untuk aplikasi pengukuran beban pada sistem mikrokontroler keluarga

AVR, tidak dibutuhkan lagi ADC karena sistem mikrokontroler ini telah memiliki

internal ADC.



10

Gambar 2.6 Penggunaan DCS-01 untuk pengukuran beban yang ditampilkan ke PC

Untuk aplikasi penggunaan beban yang akan ditampilkan ke PC,

digunakan modul USB / RS-232 sehingga dapat terhubung langsung ke PC. DCS-

01 akan mengeluarkan tegangan 0,5 volt pada saat arus yang mengalir adalah

sebesar – 20 Ampere, tegangan 4,5 volt ( Vcc = 5 volt ) jika arus yang mengalir

adalah sebesar 20 Ampere dan mengeluarkan tegangan 2,5 volt ( Vcc /2 ) jika

tidak ada arus yang mengalir.

Gambar 2.7 Grafik keluaran DCS-01 terhadap arus yang disensor

Modul DCS-01 dapat digunakan untuk mengukur arus searah maupun arus

bolak-balik.



11

2.3 Operational Amplifier

Penguat operasional (Op Amp) adalah suatu rangkaian terintegrasi yang

berisi beberapa tingkat dan konfigurasi penguat diferensial. Penguat operasional

memilki dua masukan dan satu keluaran serta memiliki penguatan DC yang tinggi.

Untuk dapat bekerja dengan baik, penguat operasional memerlukan tegangan catu

yang simetris yaitu tegangan yang berharga positif (+V) dan tegangan yang

berharga negatif (-V) terhadap tanah (ground). Berikut ini adalah simbol dari

penguat operasional :

Gambar 2.8 Diagram Schematic Simbol Penguat Operasional (Op-Amp)

Simbol op-amp adalah seperti pada gambar 2.8 dengan 2 input, non-

inverting (+) dan input inverting (-). Umumnya op-amp bekerja dengan dual

supply (+Vcc dan –Vee) namun banyak juga op-amp dibuat dengan single supply

(Vcc – ground). Simbol rangkaian di dalam op-amp pada gambar di atas adalah

parameter umum dari sebuah op-amp. Rin adalah resitansi input yang nilai

idealnya infinit (tak terhingga). Rout adalah resistansi output dan besar resistansi

idealnya 0 (nol). Sedangkan AOL adalah nilai penguatan open loop dan nilai

idealnya tak terhingga.

2.3.1 Karakteristik Ideal Penguat Operasional

Penguat operasional banyak digunakan dalam berbagai aplikasi karena

beberapa keunggulan yang dimilikinya, seperti penguatan yang tinggi, impedansi

masukan yang tinggi, impedansi keluaran yang rendah dan lain sebagainya.

Berikut ini adalah karakteristik dari Op Amp ideal:

• Penguatan tegangan lingkar terbuka (open-loop voltage gain) AVOL = ∞−



12

• Tegangan ofset keluaran (output offset voltage) VOO = 0

• Hambatan masukan (input resistance) RI = ∞

• Hambatan keluaran (output resistance) RO = 0

• Lebar pita (band width) BW = ∞

• Waktu tanggapan (respon time) = 0 detik

• Karakteristik tidak berubah dengan suhu

Kondisi ideal tersebut hanya merupakan kondisi teoritis tidak mungkin

dapat dicapai dalam kondisi praktis. Karena itu sebuah Op Amp yang baik harus

memiliki karakteristik yang mendekati kondisi ideal.

2.3.2 Penguatan Tegangan Lingkar Terbuka

Penguatan tegangan lingkar terbuka (open loop voltage gain) adalah

penguatan diferensial Op Amp pada kondisi dimana tidak terdapat umpan balik

(feedback) yang diterapkan padanya seperti yang terlihat pada gambar 2.8. Secara

ideal, penguatan tegangan lingkar terbuka adalah:

AVOL = Vo / Vid = − ∞

AVOL = Vo/(V1-V2) = − ∞

Tanda negatif menandakan bahwa tegangan keluaran VO berbeda fasa dengan

tegangan masukan Vid. Konsep tentang penguatan tegangan tak berhingga tersebut

sukar untuk divisualisasikan dan tidak mungkin untuk diwujudkan. Suatu hal yang

perlu untuk dimengerti adalah bahwa tegangan keluaran VO jauh lebih besar

daripada tegangan masukan Vid. Dalam kondisi praktis, harga AVOL adalah antara

5000 (sekitar 74 dB) hingga 100000 (sekitar 100 dB).

Tetapi dalam penerapannya tegangan keluaran VO tidak lebih dari

tegangan catu yang diberikan pada Op Amp. Karena itu Op Amp baik digunakan

untuk menguatkan sinyal yang amplitudonya sangat kecil.

2.3.3 Tegangan Ofset Keluaran

Tegangan ofset keluaran (output offset voltage) VOO adalah harga tegangan

keluaran dari Op Amp terhadap tanah (ground) pada kondisi tegangan masukan

Vid = 0. Secara ideal, harga VOO = 0 V. Op Amp yang dapat memenuhi harga

tersebut disebut sebagai Op Amp dengan CMR (common mode rejection) ideal.



13

Tetapi dalam kondisi praktis, akibat adanya ketidakseimbangan dan

ketidakidentikan dalam penguat diferensial dalam Op Amp tersebut, maka

tegangan ofset VOO biasanya berharga sedikit di atas 0 V.

2.3.4 Hambatan Masukan

Hambatan masukan (input resistance) Ri dari Op Amp adalah besar

hambatan di antara kedua masukan Op Amp. Secara ideal hambatan masukan Op

Amp adalah tak berhingga. Tetapi dalam kondisi praktis, harga hambatan

masukan Op Amp adalah antara 5 kΩ hingga 20 MΩ, tergantung pada tipe Op

Amp. Harga ini biasanya diukur pada kondisi Op Amp tanpa umpan balik.

Apabila suatu umpan balik negatif (negative feedback) diterapkan pada Op Amp,

maka hambatan masukan Op Amp akan meningkat. Dalam suatu penguat,

hambatan masukan yang besar adalah suatu hal yang diharapkan. Semakin besar

hambatan masukan suatu penguat, semakin baik penguat tersebut dalam

menguatkan sinyal yang amplitudonya sangat kecil. Dengan hambatan masukan

yang besar, maka sumber sinyal masukan tidak terbebani terlalu besar.

2.3.5 Hambatan Keluaran

Hambatan Keluaran (output resistance) RO dari Op Amp adalah besarnya

hambatan dalam yang timbul pada saat Op Amp bekerja sebagai pembangkit

sinyal. Secara ideal harga hambatan keluaran RO Op Amp adalah = 0. Apabila hal

ini tercapai, maka seluruh tegangan keluaran Op Amp akan timbul pada beban

keluaran (RL), sehingga dalam suatu penguat, hambatan keluaran yang kecil

sangat diharapkan.

Dalam kondisi praktis harga hambatan keluaran Op Amp adalah antara

beberapa ohm hingga ratusan ohm pada kondisi tanpa umpan balik. Dengan

diterapkannya umpan balik, maka harga hambatan keluaran akan menurun hingga

mendekati kondisi ideal.

2.3.6 Lebar Pita

Lebar pita (band width) BW dari Op Amp adalah lebar frekuensi tertentu

dimana tegangan keluaran tidak jatuh lebih dari 0,707 dari harga tegangan



14

maksimum pada saat amplitudo tegangan masukan konstan. Secara ideal, Op Amp

memiliki lebar pita yang tak terhingga. Tetapi dalam penerapannya, hal ini jauh

dari kenyataan.

Sebagian besar Op Amp serba guan memiliki lebar pita hingga 1 MHz dan

biasanya diterapkan pada sinyal dengan frekuensi beberapa kiloHertz. Tetapi ada

juga Op Amp yang khusus dirancang untuk bekerja pada frekuensi beberapa

MegaHertz. Op Amp jenis ini juga harus didukung komponen eksternal yang

dapat mengkompensasi frekuensi tinggi agar dapat bekerja dengan baik.

2.3.7 Waktu Tanggapan

Waktu tanggapan (respon time) dari Op Amp adalah waktu yang

diperlukan oleh keluaran untuk berubah setelah masukan berubah. Secara ideal

harga waktu respon Op Amp adalah = 0 detik, yaitu keluaran harus berubah

langsung pada saat masukan berubah. Tetapi dalam prakteknya, waktu tanggapan

dari Op Amp memang cepat tetapi tidak langsung berubah sesuai masukan. Waktu

tanggapan Op Amp umumnya adalah beberapa mikro detik hal ini disebut juga

slew rate. Perubahan keluaran yang hanya beberapa mikrodetik setelah perubahan

masukan tersebut umumnya disertai dengan oveshoot yaitu lonjakan yang

melebihi kondisi steady state. Tetapi pada penerapan biasa, hal ini dapat diabaikan.

2.3.8 Karakteristik Terhadap Suhu

Bahan semikonduktor yang akan berubah karakteristiknya apabila terjadi

perubahan suhu yang cukup besar. Pada Op Amp yang ideal, karakteristiknya

tidak berubah terhadap perubahan suhu. Tetapi dalam prakteknya, karakteristik

sebuah Op Amp pada umumnya sedikit berubah, walaupun pada penerapan biasa,

perubahan tersebut dapat diabaikan.



15

2.4 Mikrokontroller AVR

Mikrokontroler merupakan sebuah “one chip solution” yang mana pada

dasarnya suatu rangkaian terintregrasi (Integrated Circuit-IC) yang telah

mengandung secara lengkap berbagai komponen pembentuk sebuah komputer.

Berdasarkan fungsinya, mikrokontroler secara umum digunakan untuk

menjalankan program yang bersifat permanen pada sebuah aplikasi yang spesifik

(misal aplikasi yang berkaitan dengan pengontrolan dan monitoring). Sedangkan

program aplikasi yang dijalankan pada sistem microprosesor biasanya bersifat

sementara dan berorientasi pada pengolahan data.

Berdasarkan arsitekturnya, AVR merupakan mikrokontroler RISC (Reduce

Instruction Set Computer) dengan lebar bus data 8 bit. Untuk penyimpanan data,

microcontroller AVR menyediakan dua jenis memori yang berbeda: EEPROM

(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) dan SRAM (Static

Random Access memory). Kapasitas simpan data kedua memori ini bervariasi

tergantung pada jenis AVR-nya. Microcontroller keluarga AVR ini muncul di

pasaran dengan tiga seri utama: tinyAVR, ClasicAVR (AVR), megaAVR.

AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis

arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi

dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose,

timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal,

serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving, ADC dan

PWM internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip

yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem

menggunakan hubungan serial SPI ATmega 16. ATmega 16 mempunyai

throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem untuk

mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan proses. ATmega 16 ini merupakan

salah satu tipe mikrokontroler dari seri megaAVR.[2]

2.4.1 Gambaran Umum Mikrokontroller AVR ATmega 16

AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis

arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang ditingkatkan. AVR juga

mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori



16

program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.

ATmega 16 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit daya-rendah berbasis arsitektur

RISC yang ditingkatkan.

Mikrokontroler ATmega 16 adalah anggota dari keluarga AVR yang

memiliki fasilitas antara lain:

- CPU dengan kapasitas 8-bit

- On-chip 2-cycle Multiplier

- Memiliki 8-chanel, 10-bit ADC

- Satu buah Timer/ Counter 16 bit

- Mempunyai 4 buah port masing-masing 8 bit

- Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu port A, port B, port C, dan port D

- CPU yang memiliki 32 buah register

- SRAM sebesar 512 byte

- Flash memory sebesar 16 kb

- EEPROM sebesar 512 byte

- Tiga buah timer/counter dengan kemampuan pembanding

- Two wire serial Interface

- Port antarmuka SPI

- Unit interupsi internal dan eksternal

- Port USART untuk komunikasi serial.

2.4.2 Konfigurasi Pin Mikrokontroler AVR ATmega 16

Konfigurasi dari pin-pin pada ATmega 16 dengan kemasan 40-pin DIP

(dual inline package) ditunjukkan oleh gambar 2.9 Kemasan pin tersebut terdiri

dari 4 Port yaitu Port A, Port B, Port C,Port D yang masing masing Port terdiri

dari 8 buah pin. Selain itu juga terdapat RESET, VCC, GND 2 buah, VCC,

AVCC, XTAL1, XTAL2 dan AREF.



17

Gambar 2.9 Pin-pin Atmega 16 kemasan 40-pin

Guna memaksimalkan performa, AVR menggunakan arsitektur Harvard

(dengan memori dan bus terpisah untuk program dan data).

Diskripsi dari pin-pin ATmega 16L adalah sebagai berikut:

1. VCC : Supply tegangan digital.

2. GND : Ground

3. Port A : Port A sebagai input analog ke A/D konverter. Port A juga

sebagai 8-bit bi-directional port I/O, jika A/D konverter tidak digunakan. Pin-pin

port dapat menyediakan resistor-resistor internal pull-up. Ketika port A digunakan

sebagai input dan pull eksternal yang rendah akan menjadi sumber arus jika

resistor-resistor pull-up diaktifkan. Pin-pin port A adalah tri-state ketika kondisi

reset menjadi aktif sekalipun clock tidak aktif.

4. Port B : Port B adalah port I/O 8-bit bi-directional dengan resistor-resistor

internal pull-up. Buffer output port B mempunyai karaketristik drive yang simetris

dengan kemampuan keduanya sink dan source yang tinggi. Sebagai input, port B

yang mempunyai pull eksternal yang rendah akan menjadi sumber arus jika

resistor-resistor pull-up diaktifkan. Pin-pin port B adalah tri-state ketika kondisi

reset menjadi aktif sekalipun clock tidak aktif.

5. Port C : Port C adalah port I/O 8-bit bi-directional dengan resistor-resistor

internal pull-up. Buffer output port C mempunyai karaketristik drive yang simetris

dengan kemampuan keduanya sink dan source yang tinggi. Sebagai input, port C

yang mempunyai pull eksternal yang rendah akan menjadi sumber arus jika



18

resistor-resistor pull-up diaktifkan. Pin-pin port C adalah tri-state ketika kondisi

reset menjadi aktif seklipun clock tidak aktif. Jika antarmuka JTAG enable,

resistor-resistor pull-up pada pin-pin PC5(TDI), PC3(TMS), PC2(TCK) akan

diktifkan sekalipun terjadi reset.

6. Port D : Port D adalah port I/O 8-bit bi-directional dengan resistor-resistor

internal pull-up. Buffer output port D mempunyai karaketristik drive yang

simetris dengan kemampuan keduanya sink dan source yang tinggi. Sebagai input,

port D yang mempunyai pull eksternal yang rendah akan menjadi sumber arus jika

resistor-resistor pull-up diaktifkan. Pin-pin port D adalah tri-state ketika kondisi

reset menjadi aktif seklipun clock tidak aktif.

7. Reset : Sebuah low level pulsa yang lebih lama daripada lebar pulsa minimum

pada pin ini akan menghasilkan reset meskipun clock tidak berjalan.

8. XTAL1 : Input inverting penguat Oscilator dan input intenal clock operasi

rangkaian.

9. XTAL2 : Output dari inverting penguat Oscilator.

10. AVCC : Pin supply tegangan untuk Port A dan A/D converter . Sebaiknya

eksternalnya dihubungkan ke VCC meskipun ADC tidak digunakan. Jika

ADCdigunakan seharusnya dihubungkan ke VCC melalui low pas filter.

11. AREF: Pin referensi analog untuk A/D konverter.

2.5 Komunikasi Serial

Komunikasi serial adalah salah satu metoda penyampaian informasi dalam

komunikasi data dimana data yang disampaikan tersebut dikirimkan / diterima

secara serial (data dikirimkan secara berurutan). Dikarenakan komunikasi serial

ini lebih sederhana dibandingkan dengan komunikasi parallel terutama pada

hardwarenya, oleh karena tersebut komunikasi serial ini sangat banyak digunakan

dalam industri ataupun perkantoran.

Komunikasi data elektronik antara dua elemen umumnya dibagi menjadi

dua kategori yaitu single-ended dan diferential. Dan peralatan yang menggunakan

komunikasi serial dibagi menjadi dua kategori yaitu DCE ( data communication

equipment ) dan DTE (data terminal equipment).

RS 232 ( single-ended ) yang diperkenalkan pada tahun 1962 dan telah banyak

digunakan di industri. RS sendiri merupakan kepanjangan dari recommended



19

standar yang dikeluarkan oleh Electronic Industry Association and the

Telecommunications Industry Association (EIA/TIA).

Jalur tersendiri untuk pengiriman dan penerimaan data sehingga

memungkinkan untuk komunikasi dua arah. Sinyal RS 232 ditentulan oleh level

tegangan yang diukur terhadap common ( power / signal ground ) sehingga

disebut single ended. Kondisi logika dari RS 232 ini adalah keadaan 0ff (mark)

mempunyai level negative terhadap ground dan keadaan on ( space )mempunyai

level positif terhadap ground.

Untuk interface dari RS 232 ini biasanya dihubungkan dengan kabel 9 pin

atau 25 pin konektor tipe D, misalnya DB 9 seperti pada gambar 1 atau DB 25

seperti pada gambar 2. untuk peralatan DCE biasanya menggunakan konektor

female, dan untuk DTE menggunakan konektor male. Pada umumnya desainer

menggunakan 9 pin konektor karena pada 25 pin konektor tidak seluruh pin

digunakan sehingga dengan menggunakan 9 pin akan lebih efisien.

Male

1

9

5

6

1 5

13

2514

Male

Gambar 2.10 Penampang Konektor DB 9 Dan DB 25

Bentuk sinyal yang dikirimkan oleh RS 232 adalah seperti pada gambar 3 di

bawah ini, dimana sinyal dikirimkan dalam satu paket / frame yang diawali

dengan start bit yang berlogika 0 dan diakhiri dengan stop bit yang berlogika 1.

Gambar 2.11 Bentuk Gelombang Sinyal RS232



20

Untuk mengirimkan data dari rangkaian digital ke PC, maka agar data yang

diterima / terbaca oleh PC sesuai dengan data yang dikeluarkan oleh rangkaian

digital tersebut maka data tersebut harus diinvers terlebih dahulu.

2.6 Borland Delphi

Program komputer dapat memecahkan hampir semua masalah yang

memerlukan ketelitian yang sangat tinggi serta banyak data yang harus diolah

dengan waktu singkat. Dulu, membuat sebuah program sangat sulit dan

melelahkan. Karena sekarang ini pembuatan program dituntut harus cepat, tepat

dan siap pakai, maka muncullah bahasa pemrograman yang berbentuk

visual,antara lain : Visual C ++, Visual Foxpro, Visual Basic, dan lain – lain.

Delphi adalah salah satu dari pemrograman secara visual, bahasa yang

digunakan lebih mengarah ke bahasa pascal. Delphi adalah pengembangan dari

turbo pascal yang popular saat DOS masih popular. Seperti bahasa lainnya, Delphi

mengalami perkembangan yang sangat pesat. Delphi versi 6, memiliki support

yang tinggi terhadap database yang sudah terkenal seperti MS Access, dan

dilengkapi dengan objek – objek yang memudahkan pembuatan program, baik

program database maupun program lainnya ( game, utility, dan lain – lain ).

Karena Delphi berbentuk visual, maka pembuatannya pun sangat mudah, cepat

serta menyenangkan. Cukup menaruh obyek – obyek yang dikehendaki. Penulisan

bahasa program atau source code-nya pun tidak terlalu banyak.

Delphi merupakan bahasa pemrograman yang mudah, karena Delphi

adalah bahasa perograman tingkat tinggi (high level) sehingga sangat

memudahkan user untuk bermain-main di tingkat ini, apa lagi bagi mereka yang

malas berurusan dengan level-level yang rendah. Pemrograman Delphi sangatlah

mudah, kita tinggal click and drag, dan jadilah program aplikasi yang kita

inginkan.



21

Gambar 2.12 Lingkungan Pemrograman Borland Delphi

2.6.1 Form dan Unit

Berbeda dengan pascal, pada Delphi kita akan mengenal OOP (Object

oriented programming), jadi bila pada pascal kita akan melihat tampilan yang

menjemukan, pada Delphi kita bisa mengatur tampilan kita semenarik mungkin

pada form yang kita gunakan. Caranya cukup mudah, kita hanya menaruh

komponen-komponen yang kita inginkan pada form tersebut, dan memfungsikan

masing-masing komponen sesuai dengan yang kita inginkan.

Form adalah tempat untuk memasang objek – objek. Code Editor adalah

tempat untuk menuliskan source code / bahasa program. Tombol F12 adalah

tombol untuk mengaktifkan code editor apabila from dalam keadaan aktif.

Explorer Box yaitu kotak yang menggambarkan macam – macam class yang

dimuat dalam unit, procedure atau function yang telah dibuat, nama variable atau

kaonstan yang ada di dalam unit, serta unit – unit yang digunakan di dalam unit

tersebut.



22

Berikut ini adalah bentuk unit yang diberikan Delphi saat pertama kita membuka sebuah form. unit Unit1; interface uses Windows, Messages, SysUtils, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs; type TForm1 = class(TForm) private Private declarations public Public declarations end; var Form1: TForm1; implementation $R *.DFM end.

Gambar 2.13 Form pada delphi

Pada Code Editor diletakkan semua basis pemograman, from, dan unit

sehingga menjadi satu kesatuan yang terorganisir. Pada pemograman Delphi,

dituntut untuk memahami serta mengetahui cara menulis sebuah procedure atau

function

Perbedaan procedure dengan function adalah function dapat menghasilkan

suatu hasil dengan tipe tertentu, sedangkan procedure tidak dapat menghasilkan

hasil. Procedur atau function dapat diberi beberapa parameter. Parameter

procedure atau function dapat dikategorikan didalam dua jenis, yaitu parameter

masuk ( parameter yang berfungsi untuk memasukkan / menerima nilai ), dan



23

parameter keluar (parameter yang berfungsi untuk memasukkan / menerima dan

juga menghasilkan / mengeluarkan suatu nilai).

Gambar 2.14 Explorer box dan Code Editor

2.6.2 Komponen Delphi

Dalam membuat program, Delphi telah menyediakan banyak kemudahan,

yaitu dengan disediakannya komponen-komponen. Komponen ini merupakan

sebuah procedure/program yang sudah di kompile dan langsung dapat digunakan,

sesuai dengan fungsinya masing-masing. Untuk menggunakan komponen ini kita

dapat meng-klik komponen yang diinginkan, kemudian kita klik di form, maka

komponen tersebut akan muncul di form.

Gambar 2.15 Komponen-komponen pada delphi



24

Berikut beberapa komponen yang terdapat pada delphi :

a. Button/ Bitbtn

b. Panel

c. Label

d. Edit

e. Chart

f. Stringgrid

g. PopupMenu

h. MainMenu

i. ComboBox

j. CheckBox

k. RadioButton

m.Timer

n.dll

2.6.3 Tipe Data dan Konversi pada Delphi

Dalam lingkungan pemrograman Delphi penentuan tipe data sangat

diperlukan untuk memberi pengenal pada isi data yang akan diakses, oleh

variabel.

• Tipe Data Integer

Tipe data ini digunakan untuk menyatakan bilangan yang tidak

mempunyai angka desimal. Tipe Integer terdiri dari beberapa tipe lagi, yang

sebagian berbeda rentang nilai dan ukuran memorinya

Tabel 2.1 Tipe data Integer

Tipe Rentang Nilai

Byte

Byte 0-225 1

Word 0-65535 2

ShortInt -128 - 127 1

SmallInt -32768 - 32767 2

Integer -2147483648 - 2147483647 4

Cardinal 0 – 2147483647 4

LongInt -2147483648 - 2147483647 4



25

• Tipe Real

Tipe real digunakan untuk menyatakan bilangan yang mempunyai angka desimal.

Tipe data real ini terdiri dari beberapa tipe lagi, yang sebagian rentang nilai dan

ukuran penggunaan memorinya

• Tipe Boolean

Tipe data boolean untuk menyatakan data logika, yaitu True ( benar) dan

False(salah).

• Tipe Character

Tipe data chracter digunakan untuk menyatakan karakter satu huruf.

Tabel 2.2 Tipe data Character

• Tipe String

Tipe data string digunakan untuk menyatakan sederetan karakter yang membentuk satu kesatuan, misalnya nama, alamat dansebagainya.

Tabel 2.3 Tipe data String

Tipe ShortString disediakan hanya untuk menjaga kompabilitas dengan versi

sebelumnya. AnsiString untuk menyimpan karakter ANSI dan WideString dapat

menyimpan karakter Unicode.

• Tipe Array

Array atau larik adalah variabel tunggal yang dapat dipakai untuk menyimpan

sekumpulan data sejenis.

• Tipe Record

Tipe record digunakan untuk menyimpan sekumpulan data yang mungkin tipenya

Tipe Byte

Isi

Char 1 1 karakter ANSI

AnsiChar 1 1 karakter ANSI

WideChar 2 1 karakter Unicode

Tipe Byte

Isi

ShortString 2 s.d. 256 256 karakter

AnsiString 4 s.d. 2GB 2 31 karakter

WideString 4 s.d. 2GB 2 30 karakter



26

berbeda, tetapi saling berhubungan.

• Tipe Terenumerasi dan Subrange

Tipe data terenumerasi dan tipe data subrange dipakai untuk menyatakan data

berurutan yang bertipe sama.

• Konstanta

Konstanta adalah nilai yang bersifat tetap, misal angka 1, huruf A, nama dan

lainlain.

Keuntungan penggunaan konstata :

Program mudah terbaca

Mengindahkan kesalahan mengetik ulang.

Nilainya bisa digunkan berulang-ulang

Dalam pengolahan data biasanya kita memerlukan suatu konversi type

data, banyak sekali konversi data yang bisa dilakukan pada Delphi. Contoh

konversi type data:

Strtoint : Mengubah tipe data string ke integer.

Inttostr : Mengubah tipe data integer ke string.

Timetostr : Mengubah tipe data time ke dalam bentuk string.

Strtofloat : Mengubah tipe data string ke dalam bentuk real.

Floattostr : Mengubah tipe data real ke dalam bentuk string.

2.6.4 Variabel dan Operator

Variabel adalah suatu pengenal yang menampung data, yang terdapat pada

memori. Setiap variabel pasti mempunyai nama, yang sering disebut sebagai

identifier. Dalam penggunaan variabel sebaiknya menggunkan nama yang sasuai

dengan data yang akan disimpan supaya mudah untuk diingat

Operator dalam bahasa Pascal bersifat binary, yaitu operator yang

melibatkan dua buah operand. Operator seperti * termasuk operator binary.

Contoh : 2 * 3 melibatkan dua operand. Tetapi pada operasi -A, +B ini adalah

operator unary.



27

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

3.1 KONFIGURASI UMUM SISTEM

Perancangan sistem ini memerlukan sebuah sensor yang dapat mendeteksi

arus yang dihasilkan dari fotovoltaik. Sensor ini menggunakan teknologi hall

effect yang menggantikan fungsi resistor shunt dan current transformer menjadi

sebuah sensor dengan ukuran yang relatif jauh lebih kecil. Sensor ini mengubah

aliran arus menjadi tegangan dengan suatu bentuk sinyal tertentu. Sinyal analog

ini kemudian diubah melalui ADC (Analog to Digital Converter) untuk dapat

dibaca oleh sistem yang diinginkan. Sedangkan untuk mengukur tegangan yang

dihasilkan oleh fotovoltaik harus dilemahkan dulu dengan rangkaian Op-Amp agar

dapat dibaca atau diproses oleh ADC. Agar saat diam tegangan yang terbaca kecil

maka untuk aplikasi ini ditambahkan rangkaian differensial sebelum masuk ke

ADC. Penggunaan ADC sebagai konversi sinyal analog yang dihasilkan dari

driver (penguat) sensor tersebut. Data yang dihasilkan berupa kode biner yang

dilakukan berdasarkan perintah dari mikrokontroller yang dilakukan secara

realtime.

Alat ukur yang dirancang adalah tegangan dan arus yang dihasilkan oleh

fotovoltaik secara realtime sehingga dapat diketahui nilai perubahan setiap

waktunya dan daya yang diperoleh dari sistem yang dibuat, jadi hanya mengukur

nilai dari tegangan dan arus saja tidak sampai pada pengukuran parameter yang

lain.

Penggunaan mikrokontoller sebagai kontrol aksi pada monitoring

fotovoltaik. Mikrokontroller akan membaca nilai dari ADC yang kemudian akan

disimpan sementara pada mikrokontroller yang akan digunakan untuk

menampilkan nilai dari tegangan dan arus sebenarnya yang dihasilkan dari

rangkaian modul fotovoltaik.



28

Digram kotak sistem yang dirancang adalah sebagai berikut:

Sensor Arus

Rngkaian Op-Amp

Modul Photovoltaik

Pengkondisi

Isyarat

Pengkondisi

IsyaratADC

Mikrokontroler

Atmega 16

LCD

RS-232

PC

Gambar 3.1 Diagram Kotak Sistem

ADC pada mikrokontroler ATmega 16 memiliki 8 channel input yang

bisa dipakai. Dalam pengukuran tegangan dan arus yang dihasilkan oleh

fotovoltaik ini dipakai 2 channel ADC, pertama untuk mengukur tegangan

terkondisi dari sensor arus DC dan kedua untuk mengukur tegangan terkondisi

dari keluaran op-ampnya. Selanjutnya ditampilkan pada display LCD juga PC

dengan software borland delphi.

Secara umum, sistem terbagi atas 2 bagian, yaitu:

• Sistem 1 : Perangkat Keras (Hardware).

• Sistem 2 : Perangkat Lunak (Software).

3.1.1 Perangkat Keras ( Hardware )

Secara hardware, sistem monitoring keluaran dari fotovoltaik dibangun dari

bagian-bagian sistem sebagai berikut:



29

3.1.1.1 Power Supply

Power supply berfungsi sebagai penyedia catu daya untuk keseluruhan

sistem. Rangkaian utamanya terdiri dari transformer, rangkaian bridge, filter dan

regulator tegangan.

Gambar 3.2 Power Supply ± 12 V dan 5 V

Transformer yang digunakan mempunyai kapasitas arus maksimum sebesar 1

Ampere dengan tegangan input 110/220 VAC dan tegangan output yang

digunakan sebesar 21 VAC. Keluaran dari transformer disearahkan oleh rangkaian

penyearah jembatan penuh yang dilengkapi dengan kapasitor. Hasil penyearah

dihubungkan ke rangkaian filter yang dibangun oleh kapasitor 2200 µF/25 V.

tegangan DC yang dihasilkan diumpankan ke regulator. Ada dua jenis regulator

yang dipasang, yaitu regulator IC 7812 dan IC 7912 untuk tegangan 12 VDC yang

digunakan untuk supply ke Op Amp dan mikrokontroller sedangkan regulator 5

VDC sebagai supply untuk operasi sensor arus menggunakan IC 7805.



30

Regulator 12 VDC yang dipakai adalah regulator tiga terminal 7812 sedangkan

untuk tegangan 5 VDC adalah regulator tiga terminal 7805. Masing-masing

regulator dilengkapi dengan transistor PNP yang berfungsi untuk mensupply arus

pada saat regulator tidak berfungsi.

3.1.1.2 Perancangan Rangkaian Operasional Amplifier

Operational Amplifier adalah IC yang menghasilkan tegangan keluaran vo,

yang merupakan hasil penguatan terhadap selisih tegangan pada kedua inputnya

(v1 dan v2).Perancangan operational amplifier diaplikasikan bersama komponen-

komponen lain, seperti resistor dan kapasitor untuk menghasilkan berbagai

operasi matematis, seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian, integrasi, dan

diferensiasi. Untuk dapat bekerja dengan baik, penguat operasional memerlukan

tegangan catu yang simetris yaitu tegangan yang berharga positif (+V) dan

tegangan yang berharga negatif (-V) terhadap tanah (ground). Perancangan

rangkaian op-amp pertama-tama dilakukan dengan perhitungan secara teoritis

guna memperoleh nilai resistor dan kapasitor yang dibutuhkan sesuai dengan

inputan yg diperoleh dari tegangan keluaran fotovoltaik.

Adapun spesifikasi utama op-amp pada sistem yang dibuat adalah sebagai berikut:

- Op-Amp yang digunakan adalah jenis LM 741

- Tegangan operasi : ± 5 Volt hingga ± 18 Volt ( Pada sistem digunakan

tegangan ± 12 Volt ).

- Memiliki gain yang sangat tinggi ( pada open loop circuit sekitar 107 kali )

- Impedansi tinggi pada sisi input, sedangkan pada sisi output rendah.

- Memperkuat beda tegangan antar kedua input

Mode operasi Op-Amp pada sistem ini berfungsi untuk menurunkan tegangan

keluaran dari fotovoltaik agar bisa diperoleh keluaran sekitar 5 volt sehingga bisa

dibaca oleh ADC mikrokontroller ATmega 16.



31

3.1.1.3 Rangkaian Mikrokontroller AVR ATmega 16

Gambar 3.3 Rangkaian mikrokontroller ATmega 16

Mikrokontroller yang dipakai pada proyek akhir ini menggunakan

ATmega 16, dimana memiliki fungsi untuk mengolah data dari masukan sensor

arus dan op-amp untuk diolah menjadi data keluaran. ATmega 16 merupakan

mikrokontroller keluarga AVR dan termasuk tipe CMOS 8 bit dengan 16 Kbytes

Flash PEROM (Programmable Erasable Read Only Memory.

ATmega 16 mempunyai komponen memori sebagai berikut:

1. RAM Internal, memori sebesar 512 bytes

2. Special Function Register (SFR) disebut juga Register fungsi khusus

3. Flash PEROM, memori yang digunakan untuk menyimpan instruksi/program

dasar dari sebuah mikrokontroller.



32

Untuk komunikasi paralel pada ATmega 16 sebagai pengiriman atau

download program digunakan port paralel yang tersedia di ATmega 16 yaitu

sck port B7, miso port B6, mosi port B5 dan port reset port 9.Sedangkan untuk

mendowload program ke ATmega 16 melalui modul downloader sebagai

interface dari PC ke AVR.

ADC pada ATmega 16 memiliki fungsi untuk mengkonversi input analog

voltase untuk 10-bit nilai digital sampai berurutan. Nilai minimum sebagai

GND dan nilai maksimum sebagai voltase pada batas atas AREF memberi

data 1 LSB. Analog masuk saluran dan diferensial menulis kepada MUX di

dalam ADMUX. ADC yang manapun masuk, seperti halnya GND dan suatu

range acuan voltase yang ditetapkan dapat terpilih sebagai masukan ADC.

Pada tugas akhir ini pin ADC yang terdapat pada ATmega 16 digunakan

sebanyak dua channel yaitu ADC channel 1 untuk inputan op-amp dan ADC

channel 2 untuk inputan dari sensor arus.

3.1.2 Perangkat Lunak ( Software )

3.1.2.1 Pendefinisian Masalah

Perancangan software disini adalah software untuk mengontrol hardware

dari sistem yang dibuat.

Sistem yang diinginkan dapat dijelaskan dengan blok diagram sebagai berikut:

Gambar 3.4 Diagram Penyelesaian Global

MikrokontrolerAtmega 16

Op Amp

Personal komputerLCD Display

SENSOR

ARUS

ModulFotovoltaik



33

Sistem ini harus dapat melakukan pengukuran tegangan dan arus yang

dihasilkan dari rangkaian modul photovoltaik sehingga dapat menampilkan

hasilnya di LCD display juga secara serial ke PC menggunakan software yang

telah dibuat dengan Borland Delphi 6 .

Sistem monitoring yang diinginkan adalah yang dapat melakukan

beberapa hal, diantaranya:

1. Menampilkan hasil keluaran dari fotovoltaik berupa tegangan (V) dan arus (I).

2. Memberikan output yang dapat dimanipulasi oleh alat sebagai input untuk

melakukan suatu pekerjaan tertentu setelah batas tercapai, dengan selang

waktu tertentu.

3. Batas penghitungan dan selang waktu pencuplikan data fotovoltaik dapat di

atur sewaktu-waktu melalui kompalator BASCOM AVR melalui PC.

4. Sistem mampu memberikan informasi penghitungan dan perubahan set point

secara serial ke PC.

5. Memberikan informasi berupa display di lapangan.

6. Mampu menyimpaan data set point terakhir meski sumber daya dimatikan.

Dari blok diagram diatas dapat di jelaskan blok diagram yang lebih detail dari

sistem hardware (perangkat keras) yang digunakan. Pada gambar diatas dapat

dilihat penggunaan mikrokontroller, diantaranya:

1. Berfungsi sebagai pengolah data utama yang melakukan penghitungan,

pembandingan dengan set point, pengiriman dan penerimaan data secara serial.

2. Berfungsi sebagai pengolah data yang akan ditampilkan di display LCD hasil

dari pengukuran fotovoltaik.

3.1.2.2 Kelengkapan Pendukung Software

Pada perancangan program untuk sistem ini digunakan kompilator Bascom

AVR (Basic Compiler), Bahasa yang digunakan dalam pemrograman adalah

bahasa basic. Untuk men-download file program yang telah dibuat kedalam

eeprom mikrokontroler digunakan software Atmel ISP Programmer v2.8 (ISP

downloader) yang semuanya diljalankan pada Windows XP (Operating System).



34

3.1.2.3 Kelengkapan Pendukung Hardware.

Untuk membantu pekerjaan pemrograman digunakan perlengkapan

sebagai berikut:

1. Seperangkat personal computer (PC) dan notebook.

2. Hardware downloader

3. Power Supply 5 vdc dan 12 vdc.

4. Kabel penghubung (kabel power, kabel downloader dan kabel serial)

3.1.3 Software Monitoring Fotovoltaik

Program Borland Delphi yang digunakan sebagai user interface ini,

menggunakan Borland Delphi 6. Pemrograman Borland Delphi memiliki

kemampuan yang baik dalam pembuatan program – program, dari yang sederhana

sampai program yang kompleks.

Pada versi yang ke-enam ini, Borland Delphi telah berkembang dari bahasa

pemrograman yang sederhana untuk Microsoft Windows sampai kelingkungan

yang komplek, mampu mengirimkan data untuk aplikasi kecil sampai aplikasi

client/server.

Borland Delphi memiliki banyak fitur baru dibanding versi sebelumnya. Terutama

dalam database dan internet, yaitu ADO, aplikasi DHTML, dan WebClasses.

Pemrograman database banyak dipakai oleh sebagian besar Borland Delphi

Developer. Dalam program monitoring ini pun menggunakan database sebagai

sarana penyimpanan data dari pencuplikan.

3.1.3.1 Lingkungan Pemrograman Borland Delphi

Lingkungan pemrograman Borland Delphi mengandung sarana

pemrograman yang dapat membantu untuk membangun software monitoring

fotovoltaik. Menu dan perintah sama fungsinya seperti pada program aplikasi

berbasis Windows lainnya. Toolbar yaitu sekumpulan tombol yang berfungsi

sebagai tombol cepat untuk menjalankan perintah dan mengendalikan lingkungan

pemrograman Borland Delphi. Sarana lain yang terdapat pada Borland Delphi

yaitu toolbox, jendela project container, jendela form, jendela project, jendela



35

properties, jendela form layout, component pallete data acces data control dan

BDE serta ADO.

3.1.3.2 Komunikasi Serial Dengan Borland Delphi

Selain database, program utama dalam program monitoring ini adalah

komunikasi serial yang merupakan salah satu fitur yang diberikan Borland

Delphi, dimana PC sebagai alat yang akan memonitor tegangan dan arus yang

dihasilkan harus mampu untuk menerima dan mengirimkan data ke luar. Dalam

hal ini mikrokontroler sebagai alat yang mengontrol kerja system serta mengirim

dan menerima data ke dan dari PC. Pada komunikasi serial, data yang dikirim per

bit (data itu antri), walaupun mempunyai kelemahan pengiriman data yang lebih

lambat dibanding dengan komunikasi paralel, komunikasi serial bisa digunakan

untuk jarak yang jauh. [3]

Gambar 3.5 Setting Serial Component

3.1.3.3 Program Monitoring Fotovoltaik

Program ini merupakan program untuk memonitor output dari fotovoltaik.

Selain memonitor tegangan dan arus, program ini juga berfungsi untuk

menyimpan data yang dibaca oleh mikrokontroller pada database. Database yang

digunakan pada program ini berbasis Microsoft Access, hal ini dikarenakan

kemudahan dalam mengatur data.



36

Spesifikasi pengukuran dari software monitoring yang terdapat pada program ini

diantaranya :

1. DISPLAY, yang menunjukan perubahan nilai dari tegangan dan arus yang

telah diproses oleh mikrokontroller juga nilai dari daya listrik yang dihasilkan

oleh fotovoltaik

2. DATABASE yang berfungsi untuk menyimpan data dari display. Database

yang terdapat pada program ini terdiri dari dua database. Satu database

berfungsi sebagai penampung (sementara), yang menyimpan data setiap

counter mengirimkan data. Database kedua merupakan database yang

menyimpan data setiap interval waktu tertentu. Pembagian database ini

dimaksudkan agar data yang tersimpan tidak terlalu besar, sehingga sulit untuk

diamati.

3. CHART. Chart ini menunjukan perkembangan dari data yang masuk.

PROPERTY. Property dalam program ini dibuat untuk memudahkan user

apabila ingin merubah setting dari port serial dan lainnya



37

Gambar 3.6 Tampilan Utama dari Program Monitoring Fotovoltaik

3.1.4 Komunikasi Serial Monitoring Fotovoltaik

Mikrokontroller dan hampir semua peralatan / komponen digital yang

banyak kita gunakan sekarang ini membutuhkan level tegangan yang berlogika

TTL atau CMOS. Oleh karena itu langkah yang harus dilakukan agar bisa

mengkomunikasikan antara port RS 232 dengan peralatan / komponen tersebut

adalah dengan mengkonversi level tegangan dari RS 232 yang berkisar antara ± 3

V sampai ± 25 V, menjadi level tegangan TTL yaitu 0 V dan 5 V. untuk

mempermudah dalam mengkonversi level tegangan tersebut kita bisa

menggunakan Rangkaian yang terintegrasi ( IC ) salah satunya yaitu max 232

yang mempunyai charge pump yang dapat menghasilkan tegangan +10 V dan -10

V dengan supply 5V. IC ini mempunyai dua receiver ( mengkonversi dari logika

TTL ke logika RS 232 ) dan dua transmitter ( mengkonversi dari logika RS 232 ke

logika TTL.

Untuk mengkonversi signal yang akan dikirim serial ke PC dibutuhkan

suatu converter. Converter ini berguna untuk mengubah output dari port serial



38

mikrokontroler yang masih berlogika TTL menjadi RS 232 sehingga bisa

ditampilkan di PC.

Komunikasi yang digunakan antara komputer dan mikrokontroler adalah

komunikasi langsung tanpa syarat. Data dari komputer dikirim melalui pin 3 (Tx)

dan diterima mikrokontroler melalui P 3.0 (Rx), sebaliknya untuk sistem ini hanya

melakukan pengiriman data dari mikrokontroler melalui P 3.1 (Tx) dan diterima

komputer melalui pin 2 (Rx).

Untuk mengkonversikan level tegangan serial dari komputer agar menjadi

level tegangan TTL diperlukan suatu rangkaian RS 232 seperti gambar 3.7 yang

terdiri dari sebuah IC MAX 232 dan 4 buah kapasitor.

Gambar 3.7 IC MAX 232

Untuk rangkaian converter tersebut menggunakan IC yang telah tersedia. Pada

Gambar 3.8 dibawah ini merupakan blok komunikasi antara PC dengan

mikrokontroller.

Gambar 3.8 Blok Komunikasi Antara Mikrokontroler Dengan PC

Untuk rangkaian converter yang menggunakan IC kita dapat menggunakan IC

max 232 untuk mengkonversi level tegangan dari logika RS 232 menjadi logika



39

TTL sehingga data dapat dikirim ke PC dari mikrokontroller selain ke display

LCD.

3.2 PRINSIP KERJA SISTEM

Fungsi dari sistem monitoring ini untuk mengetahui nilai tegangan dan

arus dari fotovoltaik secara realtime sehingga dapat diketahui daya maksimum

yang dihasilkan dari rangkaian modul fotovoltaik setiap harinya.

Gambar 3.9 Diagram blok sistem keseluruhan

Dari informasi tegangan yang dihasilkan oleh rangkaian modul fotovoltaik

akan diperoleh perubahan nilai tegangan dan arus untuk setiap waktunya dengan

dilewatkan terlebih dahulu ke rangkaian sensor arus dan op-amp untuk mengukur

tegangan terkondisi dari sensor arus DC dan untuk mengukur tegangan terkondisi

dari op-amp.

Tegangan DC yang dihasilkan dari fotovoltaik sangat besar sehingga

perlu dilemahkan dengan rangkaian pembagi tegangan sehingga dapat dibaca

ADC pada mikrokontroller. Untuk pengukuran arus yang dihasilkan dari

fotovoltaik digunakan sensor arus DCS-01, sensor ini merupakan rangkaian

pengkondisi yang menggunakan teknik hall effect untuk mendeteksi adanya aliran

arus hingga 20A melalui modul tersebut. Keluaran dari modul ini dapat

dihubungkan pada ADC sehingga sistem mikrokontroler dapat menghitung nilai

besaran arus yang lewat.



40

Setelah dilakukan pengukuran oleh mikrokontroller nilai dari tegangan dan

arus akan dikirimkan secara komunikasi serial ke PC secara realtime dengan

perangkat lunak menggunakan Borland Delphi sebagai pengolah data.

Secara garis besar, program yang dibuat merupakan tampilan tatap muka

kepada pengguna (user interface). Sehingga tampilan di komputer dibuat

menunjukan arus, tegangan dan daya terukur dari energi listrik yang dihasilkan

dari rangkaian modul fotovoltaik.

3.3 PERANCANGAN PROGRAM PADA SISTEM MONITORING

Gambar 3.10 Blok fungsional program pada sistem monitoring fotovoltaik

Bahasa pemrograman yang digunakan untuk sistem monitoring fotovoltaik

ini adalah BASIC untuk AVR dengan compiler BASCOM AVR©. Bahasa

pemrograman ini memiliki keuntungan yang cukup mudah dalam penggunaannya

bila dibandingkan dengan menggunakan bahasa assembler biasa sehingga bisa

lebih cepat dipahami untuk pemula.

Sesuai dengan sistem yang diinginkan dan hardware yang telah disiapkan maka

ditentukan algoritma program untuk sistem monitoring tegangan dan arus yang

dihasilkan dari fotovoltaik dengan tahapan sebagai berikut:

• Mengambil data tegangan keluran dari rangkaian op-amp.

• Menganbil data arus keluaran dari sensor arus.

• Baca ADC pada mikrokontroller.

• Format data dikirim ke bagian sistem penerima secara serial .



41

• Membaca input yang telah dikirim oleh bagian sistem pengirim dan mengolah

data.

• Setelah proses pengolahan data akan didapat data tegangan dan data arus dari

fotovoltaik secara digital dengan Software Borland Delphi 6.

Gambar 3.11 Diagram alir program pada sistem monitoring fotovoltaik.

Perancangan program untuk monitoring fotovoltaik ini secara realtime

dilakukan pengukuran secara analog terlebih dahulu untuk mengetahui range

tegangan maksimal sehingga dapat ditentukan level TTL nya.

Pada mikrokontroler sinyal yang sudah berbentuk pulsa 0-5 volt akan

dihitung oleh counter dengan durasi 1 detik untuk mendapatkan nilai frekuensi.

Frekuensi ini selanjutnya akan diubah ke tegangan dan arus oleh mikrokontroler.

Perhitungan akan terus dilakukan dalam setiap detik. Nilai tegangan dan arus

akan disimpan di buffer dan dikeluarkan melalui kaki output mikrokontroller ke

display LCD dan port serial. Agar dapat diamati oleh perangkat lain seperti

komputer, diperlukan perangkat lunak yang menerima data dari port serial.



42

Perangkat lunak yang digunakan adalah perangkat lunak akuisisi data berbasis

Borland delphi.

Berikut flowchart instruksi untuk data transfer dari fotovoltaik ke display LCD

dan PC:

Gambar 3.12 Diagram alir program pada sistem pengirim

Perancangan program pada bagian sisi penerima pada PC dengan

membaca input yang dikirim oleh bagian sistem pengirim secara serial dan

mengolah data. Setelah proses pengolahan data maka akan didapat nilai dari

tegangan dan arus yang dihasilkan dari fotovoltaik. Data pertama kali muncul

akan langsung tersimpan dalam database yang telah terhubung pada software

borland delphi yang telah dibuat. Fungsi dari database disini sebagai susunan



43

record data operasional lengkap selama sistem bekerja, sehingga dapat diketahui

perubahan nilai tegangan dan arus yang dihasilkan dari fotovoltaik juga nilai dari

daya fotovoltaik itu sendiri bisa langsung diketahui.

Gambar 3.13 Diagram alir program pada sistem penerima



44

3.4 DESAIN PERANGKAT KERAS

Gambar 3.14 Diagram perangkat keras alat ukur.

Pada alat ukur dalam sistem monitoring ini diperlukan beberapa perangkat keras

diantaranya: rangkaian konversi sinyal, mikrokontroller, RS232 dan perangkat

pengamat kinerja sistem (LCD karakter 2 x 16 dan komputer)..



45

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM

Untuk mengetahui bekerja atau tidaknya perangkat yang telah dibuat baik

itu hardware maupun software harus dilakukan suatu pengujian berupa kinerja

maupun dengan pengukuran terhadap perangkat juga terhadap respon yang

dihasilkan. Suatu sistem dinyatakan bekerja dengan baik bila sistem itu bekerja

sesuai dengan tujuan awal yang dicapai saat pertama kali dilakukan perancangan.

4.1 PENGUJIAN PERANGKAT KERAS

4.1.1 Pengujian Sensor Arus

• Tujuan

Untuk mengetahui pengaruh posisi matahari terhadap pengukuran arus beban

DC dari rangkaian modul fotovoltaik terhadap tegangan yang dihasilkan dari

sensor tersebut sehingga dapat diketahui nilai arus yang dihasilkan dari grafik

keluaran DCS-01 terhadap arus yang disensor.

• Rangkaian Pengujian

Berikut rangkaian yang terdapat pada modul sensor arus DCS-01:

Gambar 4.1 Rangkaian pengujian pada sensor arus



46

• Peralatan yang diperlukan

- Modul Fotovoltaik sebanyak 10 buah dirangkai secara seri.

- Modul dari sensor arus DCS-01

- Power Supply +5 V dan GND

- Multimeter

- Beban dengan menggunakan variable resistance dengan nilai hambatan

sebesa 220 Ω.

• Langkah – langkah Pengukuran

1. Menghubungkan kabel keluaran dari rangkaian fotovoltaik yang telah

disusun secara seri dengan modul DCS-01

2. Output dari modul DCS-01 dihubungkan ke multimeter, sehingga dapat

diketahui tegangan yang dihasilkan darisensor arus tersebut.

3. Baca tabel grafik keluaran DCS-01 terhadap arus yang disensor dari

datasheet mulai dari range 0,5 volt pada saat arus yang mengalir sebesar -

20 Ampere sampai 4,5 volt untuk nilai arus sebesar 20 Ampere. Apabila

tegangan keluaran yang dihasilkan dari sensor arus sebesar 2,5 volt maka

tidak ada arus yang mengalir.

4. Amati perubahan tegangan yang dihasilkan dari sensor arus tersebut

terhadap perubahan pergerakan matahari.

5. Lakukan pengulangan langkah 2 sampai 4 hingga diperoleh data yang

valid untuk jam yang sama.

• Hasil Pengujian

Tabel pengujian tegangan modul DCS-01 terhadap tegangan dari fotovoltaik.

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Sensor Arus

Waktu

(Jam)

V out dari Photovoltaik

( Volt )

V out dari Modul DCS-01 ( Volt )

12:12 189

2,58

12:14 167

2,56

12:16 175

2.57

12:19 201

2,58

12:21 202

2,58

12:23 202

2,58



47

12:25 197

2.58

12:27 182

2,58

12:30 201

2,58

12:32 202.

2,58

12:34 202

2,58

12:36 201

2.58

12:38 201

2,58

12:40 171

2,57

12:43 179

2,57

12:45 202

2.58

12:47 202

2,58

12:49 201 2,58

Dari hasil pengujian pada tabel diatas dapat diketahui bahwa tegangan

terbesar yang dihasilkan dari sensor arus tersebut didapatkan saat tegangan yang

dihasilkan dari modul fotovoltaik bernilai maksimum. Hal ini disebabkan karena

tegangan yang dihasilkan sebanding dengan perubahan tegangan yang dihasilkan

dari fotovoltaik. Prinsip dari sensor arus ini menggunakan teknologi hall effect

dimana dapat mengukur medan magnet di sekitar kawat berarus.Isyarat dari

sensor ini menunjukkan medan nol pada pada tegangan 2,5 volt. Tegangan akan

berubah berupa tegangan dc yang berbanding lurus terhadap perubahan arusnya.

Tegangan terbesar yang dihasilkan adalah sebesar 2,58 V pada saat Vout

fotovoltaik berkisar antara 182-202 V, sehingga dari grafik keluaran terhadap arus

yang disensor menghasilkan arus sebesar 0.8 A dan tegangan terkecil yang

dihasilkan dari pengujian tersebut adalah sebesar 2,57 V sehingga dari grafik

diketahui nilai arus sebesar 0,7 A .

• Analisa

Dari hasil pengukuran dapat diketahui bahwa tegangan output yang

terukur pada skala V-dc berubah sebanding dengan perubahan tegangan output

dari fotovoltaik. Dari hasil tabel pengujian juga dapat diketahui bahwa tegangan

yang dihasilkan dari perubahan posisi matahari terhadap permukaan modul



48

fotovoltaik , dimana tegangan output yang dihasilkan akan semakin besar bila

permukaan modul fotovoltaik selalu mengarah tepat ke arah pergerakan matahari.

4.1.2 Pengujian Rangkaian Operasional Amplifier

• Tujuan

Untuk mendapatkan pelemahan beberapa kali agar saat input maksimal

didapatkan output minimal yang terukur pada skala rata-rata (tegangan yang

terukur pada voltmeter) sebesar 5V DC.

• Rangkaian Pengujian

Gambar 4.2 Rangkaian pengujian penguat non-inverting

• Peralatan yang diperlukan

- Modul Fotovoltaik sebanyak 15 buah dirangkai secara seri.

- Power supply ganda +12 V, -12 V dan GND

- Sensor tegangan yang telah dibuat.

- Multimeter

• Langkah-langkah pengukuran

1. Menghubungkan rangkaian op-amp dengan catu daya dan modul

fotovoltaik.

2. Ubah-ubah posisi fotovoltaik tehadap pergerakan matahari.



49

3. Lakukan pengamatan dan pengukuran tegangan output dari op-amp

dengan menggunakan multimeter, catat nilainya dan kalkulasikan pada

tabel.

4. Ulangi langkah 2 dan 3 untuk beberapa data yang berbeda.

5. Hitung Vout berdasarkan teori sebagai berikut:

VinRi

RfVout ×

+= 1 ......................................... (4. )

6. Bandingkan hasil pengukuran dengan hasil teori, kemudian cari persen

error.

Persen Error %100×−

=Teori

PengukuranTeori .......................................... (4. )

• Hasil Pengujian

- Tabel Pengujian

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Rangkaian Penguat Amplifier

Input dari

Fotovoltaik ( V )

Output

Pengukuran ( V )

Output

Teori ( V )

Error

262 4,44 4,27 3,98 %

266 4,50 4,34 3,68 %

269 4,58 4,39 4,32 %

270 4,52 4,40 2,72 %

271 4,54 4,42 2,71 %

272 4,51 4,44 1,57 %

275 4,60 4,49 2,44 %

276 4,58 4,50 1,78 %

277 4,67 4,52 3,31 %

278 4,65 4,53 2,64 %

280 4,64 4,57 1,53 %

281 4,74 4,58 3,49 %

283 4,72 4,62 2,16 %

285 4,74 4,65 1,93 %

286 4,74 4,67 1,49 %

287 4,80 4,68 2,56 %



50

302 4,74 4,65 3,85 %

Berdasarkan tabel hasil pengujian diatas dapat diketahui bahwa tegangan terbesar

didapatkan saat matahari berada di posisi tengah hari. Hal ini disebabkan karena

intensitas matahari yang ditangkap pada saat itu maksimum dimana energi foton

yang dihasilkan dari radiasi matahari menumbuk atom silikon dari modul

fotovoltaik dan menghasilkan energi untuk mendorong elektron terluar keluar

dari orbitnya dan membentuk hole, maka akan timbul elektron – elektron bebas

yang siap mengalir di ujung – ujung terminal fotovoltaik.

• Analisa

Dari hasil perhitungan persen error pada tabel diatas, dapat diketahui

bahwa terdapat perbedaan antara hasil pengukuran dengan hasil perhitungan. Hal

ini disebabkan karena adanya ketidakpresisian komponen dan juga pengaruh noise

dari luar. Dari hasil tabel diatas dapat diketahui bahwa pelemahan yang

dihasilkan sebesar ± 60 kali. Sinyal input dari rangkaian diatas berasal dari sinyal

output pada rangkaian modul fotovoltaik.

Dari tabel diatas dapat disimpulkan bahwa data pengukuran selalu lebih besar dari

teori namun tidak mengurangi ketelitian pengukuran dalam kondisi nyata, hal ini

dikarenakan persen errornya masih dalam keadaan ideal sebesar ±3%.

∆V = ( ∑ V Output Pengukuran - ∑ V Output Teori ) / Jumlah Data

= 4,63 – 4,51

= 0,12 Volt

Jadi total persentase error yang dihasilkan dari rangkaian op-amp atau sensor

tegangan tersebut sebesar:

Persen Error %100×−

=Teori

PengukuranTeori

%100 4,51

4,63 4,51×

−=

= 2,66 %

Dari perhitungan diatas dapat diketahui bahwa rangkaian pengujian op-amp pada

sistem monitoring fotovoltaik memiliki keakurasian sebesar :

100% - 2,66% = 97,34 %



51

Dalam hal ini saya tidak memperhitungkan besarnya pelemahan, karena

pelemahan yang saya buat hanya digunakan untuk melemahkan sinyal output dari

fotovoltaik yang sangat besar yang tujuannya adalah agar sinyal ouput dari

fotovoltaik tersebut dapat diolah atau diproses pada bagian pengubah ADC yang

mana output dari rangkaian pengubah ini terukur dalam mikrokontroller.

4.2 PENGUJIAN SISTEM KESELURUHAN

4.2.1 Pengambilan Data

Pengambilan data untuk pengujian sistem dilakukan dengan menggunakan

perangkat lunak akuisisi data berbasis Borland Delphi yang sudah mempunyai

fitur GUI. Keadaan fotovoltaik dapat dilihat dari data dan grafik pada tampilan

perangkat lunak.

Secara garis besar prinsip kerja dari bagian sistem penerima yaitu,

mengambil dan mengolah data yang dikirim dari bagian sistem pengirim secara

serial.

Gambar 4.3 Tampilan hasil sistem monitoring fotovoltaik pada display LCD

Berikut merupakan hasil pengambilan data pada saat radiasi matahari yang

ditangkap oleh fotovoltaik.

4.2.1.1 Tanggal 23 Juni 2009 pukul 12.12 - 13.18 WIB

Hasil pengambilan data yang diterima secara serial pada software monitoring

fotovoltaik dalam keadaan cuaca cerah.



52

Gambar 4. 4 Tampilan hasil pengukuran 1 yang diterima secara serial dalam bentuk plot

grafik dan tabulasi data secara realtime

Dari plot grafik diatas diperoleh nilai tegangan maksimum sebesar 202,79 Volt

sedangkan untuk nilai arus maksimumnya dihasilkan sebesar 0.894 Ampere

Hasil pengujian sistem yang terrekam pada database dengan Microsoft Access:

Gambar 4.5 Hasil pengiriman data pengukuran



53

Adapun data yang diterima merupakan energi listrik yang dihasilkan dari

modul fotovoltaik berupa nilai tegangan, arus, dan daya dari setiap pencuplikan

dengan waktu yang sama.

Berikut data keseluruhan yang terrekam pada database yang diterima dari modul

fotovoltaik selama proses pengambilan data dimana beban simulasi menggunakan

variable resistance dengan nilai hambatan sebesar 220 Ω.

Tabel 4.3 Data Hasil Pengukuran 1 Energi Listrik Fotovoltaik

Record_Data

Tanggal Waktu Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Daya (Watt)

6/23/2009 12:12:34 PM 189.180 0.867 164

6/23/2009 12:14:45 PM 167.404 0.867 145

6/23/2009 12:16:56 PM 175.570 0.872 153

6/23/2009 12:19:07 PM 201.429 0.878 177

6/23/2009 12:21:18 PM 202.790 0.872 177

6/23/2009 12:23:29 PM 202.790 0.867 176

6/23/2009 12:25:40 PM 197.346 0.872 172

6/23/2009 12:27:51 PM 182.375 0.872 159

6/23/2009 12:30:02 PM 201.429 0.872 176

6/23/2009 12:32:13 PM 202.790 0.883 179

6/23/2009 12:34:24 PM 202.790 0.883 179

6/23/2009 12:36:35 PM 201.429 0.894 180

6/23/2009 12:38:46 PM 201.429 0.889 179

6/23/2009 12:40:57 PM 171.481 0.883 151

6/23/2009 12:43:08 PM 179.653 0.878 158

6/23/2009 12:45:19 PM 202.790 0.883 179

6/23/2009 12:47:30 PM 202.790 0.889 180

6/23/2009 12:49:42 PM 201.429 0.883 178

6/23/2009 12:51:53 PM 200.068 0.883 177

6/23/2009 12:54:04 PM 201.429 0.889 179

6/23/2009 12:56:15 PM 201.429 0.883 178

6/23/2009 12:58:26 PM 197.346 0.883 174

6/23/2009 1:00:37 PM 195.985 0.872 171



54

Record_Data


6/23/2009 1:02:48 PM 197.346 0.872 172

6/23/2009 1:04:59 PM 198.707 0.878 174

6/23/2009 1:07:10 PM 198.707 0.872 173

6/23/2009 1:09:21 PM 200.068 0.878 176

6/23/2009 1:11:32 PM 198.707 0.872 173

6/23/2009 1:13:43 PM 197.346 0.878 173

6/23/2009 1:15:54 PM 197.346 0.894 177

6/23/2009 1:18:05 PM 197.346 0.889 175

Grafik Tegangan VS Waktu

0

50

100

150

200

250

12:12:3

4 PM

12:16:5

6 PM

12:21:1

8 PM

12:25:4

0 PM

12:30:0

2 PM

12:34:2

4 PM

12:38:4

6 PM

12:43:0

8 PM

12:47:3

0 PM

12:51:5

3 PM

12:56:1

5 PM

1:00:

37 PM

1:04:

59 PM

1:09:

21 PM

1:13:

43 PM

1:18:

05 PM

Waktu Pencuplikan

Te

ga

ng

an

(V

olt

)

Gambar 4.6 Grafik Perubahan Nilai Tegangan Terhadap Waktu pada Pengukuran 1

Grafik Arus VS Waktu

0.850.8550.86

0.8650.87

0.8750.88

0.8850.89

0.8950.9

12:1

2:34

PM

12:1

6:56

PM

12:2

1:18

PM

12:2

5:40

PM

12:3

0:02

PM

12:3

4:24

PM

12:3

8:46

PM

12:4

3:08

PM

12:4

7:30

PM

12:5

1:53

PM

12:5

6:15

PM

1:00

:37 P

M

1:04

:59 P

M

1:09

:21 P

M

1:13

:43 P

M

1:18

:05 P

M

Waktu Pencuplikan

Aru

s (

Am

pe

re)

Gambar 4.7 Grafik Perubahan Nilai Arus Terhadap Waktu pada Pengukuran 1



55

4.2.1.2 Tanggal 23 Juni 2009 pukul 14.47 – 15.41 WIB


fotovoltaik dalam keadaan cuaca mendung dengan beban yang sama sebesar 220Ω.

Gambar 4. 8 Tampilan hasil pengukuran 2 yang diterima secara serial dalam bentuk plot



sedangkan untuk nilai arus maksimumnya dihasilkan sebesar 0,578 Ampere.


fotovoltaik selama proses pengambilan data


Record_Data


6/23/2009 2:47:22 PM 135.369 0.511 69

6/23/2009 2:49:33 PM 117.945 0.517 61

6/23/2009 2:51:44 PM 115.264 0.572 66

6/23/2009 2:53:55 PM 117.945 0.539 64

6/23/2009 2:56:06 PM 117.945 0.528 62



56

Record_Data


6/23/2009 2:58:17 PM 116.605 0.528 62

6/23/2009 3:00:28 PM 113.924 0.478 54

6/23/2009 3:02:39 PM 107.223 0.506 54

6/23/2009 3:04:50 PM 108.563 0.506 55

6/23/2009 3:07:02 PM 115.264 0.506 58

6/23/2009 3:09:13 PM 119.285 0.528 63

6/23/2009 3:11:24 PM 125.987 0.550 69

6/23/2009 3:13:35 PM 107.223 0.550 59

6/23/2009 3:15:46 PM 88.459 0.428 38

6/23/2009 3:17:57 PM 83.098 0.372 31

6/23/2009 3:20:08 PM 80.417 0.372 30

6/23/2009 3:22:19 PM 77.736 0.372 29

6/23/2009 3:24:30 PM 77.736 0.361 28

6/23/2009 3:26:41 PM 80.417 0.300 24

6/23/2009 3:28:52 PM 87.118 0.578 50

6/23/2009 3:31:03 PM 85.778 0.394 34

6/23/2009 3:33:14 PM 80.417 0.389 31

6/23/2009 3:35:25 PM 83.098 0.361 30

6/23/2009 3:37:36 PM 93.820 0.372 35

6/23/2009 3:39:47 PM 97.841 0.456 45

6/23/2009 3:41:58 PM 103.202 0.461 48


020406080

100120140160

2:47:

22 P

M

2:51:

44 P

M

2:56:

06 P

M

3:00:

28 P

M

3:04:

50 P

M

3:09:

13 P

M

3:13:

35 P

M

3:17:

57 P

M

3:22:

19 P

M

3:26:

41 P

M

3:31:

03 P

M

3:35:

25 P

M

3:39:

47 P

M

Waktu Pencuplikan

Te

ga

ng

an

(V

olt

)




57


0

0.10.2

0.3

0.4

0.50.6

0.7

2:47

:22

PM

2:51

:44

PM

2:56

:06

PM

3:00

:28

PM

3:04

:50

PM

3:09

:13

PM

3:13

:35

PM

3:17

:57

PM

3:22

:19

PM

3:26

:41

PM

3:31

:03

PM

3:35

:25

PM

3:39

:47

PM

Waktu Pencuplikan

Aru

s (

Am

pe

re)


4.2.1.3 Tanggal 23 Juni 2009 pukul 15.48 – 16.21 WIB


fotovoltaik dalam keadaan cuaca cerah dengan beban sebesar 440 Ω.

Gambar 4.11 Tampilan hasil pengukuran 3 yang diterima secara serial dalam bentuk plot



sedangkan untuk nilai arus maksimumnya dihasilkan sebesar 0,406 Ampere



58


fotovoltaik selama proses pengambilan data


Record_Data


6/23/2009 3:48:31 PM 176.917 0.406 72

6/23/2009 3:50:42 PM 164.855 0.406 67

6/23/2009 3:52:53 PM 154.133 0.356 55

6/23/2009 3:55:04 PM 140.730 0.344 48

6/23/2009 3:57:15 PM 134.028 0.306 41

6/23/2009 3:59:26 PM 140.730 0.311 44

6/23/2009 4:01:37 PM 148.771 0.333 50

6/23/2009 4:03:48 PM 142.070 0.339 48

6/23/2009 4:05:59 PM 136.709 0.333 46

6/23/2009 4:08:10 PM 138.049 0.333 46

6/23/2009 4:10:21 PM 138.049 0.333 46

6/23/2009 4:12:32 PM 135.369 0.333 45

6/23/2009 4:14:43 PM 125.987 0.306 38

6/23/2009 4:16:54 PM 123.306 0.306 38

6/23/2009 4:19:05 PM 121.966 0.306 37

6/23/2009 4:21:16 PM 108.563 0.300 33


0

50

100

150

200

3:48:

31 P

M

3:50

:42

PM

3:52:

53 P

M

3:55:

04 P

M

3:57:

15 P

M

3:59:

26 P

M

4:01

:37

PM

4:03:

48 P

M

4:05

:59

PM

4:08:

10 P

M

4:10:

21 P

M

4:12:

32 P

M

4:14:

43 P

M

4:16

:54

PM

4:19:

05 P

M

4:21:

16 P

M

Waktu Pencuplikan

Te

ga

ng

an

(V

olt

)




59


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

3:48

:31

PM

3:50:

42 P

M

3:52

:53

PM

3:55:

04 P

M

3:57

:15

PM

3:59:

26 P

M

4:01

:37

PM

4:03:

48 P

M

4:05

:59

PM

4:08:

10 P

M

4:10

:21

PM

4:12:

32 P

M

4:14

:43

PM

4:16:

54 P

M

4:19

:05

PM

4:21:

16 P

M

Waktu Pencuplikan

Aru

s (

Am

pe

re)


4.2.2 Pengolahan Data dan Analisa Grafik Hasil Pengujian

Data yang diperoleh dari hasil pengukuran monitoring fotovoltaik secara

realtime dapat diolah untuk mendapatkan beberapa parameter karakteristik energi

listrik dari modul fotvoltaik dari alat ukur yang dibuat secara digital berbasis

mikrokontroller berupa nilai tegangan, arus dan daya.

Dari data pengukuran dapat diambil hubungan antara perubahan nilai

tegangan yang dihasilkan terhadap waktu juga nilai perubahan arus yang

dihasilkan dari rangkaian modul fotovoltaik terhadap waktu. Hal ini ditandai oleh

perubahan grafik yang didapat baik dari program pengolahan data Microsoft

Office Excel maupun dengan software fotovoltaik yang telah dibuat dengan

Borland Delphi. Adapun data yang diambil sebanyak 3 kali dengan beban yang

berbeda sehingga dapat diketahui karakteristik dari fotovoltaik terhadap perubahan

waktu.

Setelah diperoleh serangkaian tabel data serta grafik yang dihasilkan dari

sistem yang telah dibuat untuk monitoring fotovoltaik secara realtime baik secara

hardware maupun software, langkah selanjutnya adalah melakukan analisa

keseluruhan data dan grafik tersebut

Analisa hasil pengujian dikelompokkan sesuai dengan target dan tujuan

pengujian yang telah dijelaskan di bagian awal bab ini.



60

• Menentukan Karakteristik Fotovoltaik

Dari data yang didapat pada tabel Data Hasil Pengukuran Energi Listrik

pada Modul Fotovoltaik, menunjukan bahwa saat monitoring tegangan yang

dihasilkan dari fotovoltaik cukup stabil dikisaran nilai yang konstan (mengalami

stagnasi). Sementara itu arus yang dihasilkan fotovoltaik pada kondisi awal

fluktuatif tetapi semakin intensitas matahari yang diterima terhadap modul

fotovoltaik melemah cenderung mengalami penurunan. Hal ini sesuai dengan

dasar teori yang menjelaskan tentang karakteristik fotovoltaik. [4]

Grafik hubungan arus terhadap tegangan menunjukan bahwa karakteristik

fotovoltaik yang digunakan masih berada dalam keadaan ideal sesuai dengan

datasheet yang ada. Karakteristik arus terhadap tegangan untuk radiasi yang

berbeda-beda yang diterima oleh fotovoltaik dapat terlihat pada grafik, dimana

dapat dilihat bahwa tegangan open circuit yang trrjadi (Voc) cenderung konstan,

tetapi arus hubung singkat (Isc) akan berubah-ubah sesuai dengan besarnya beban

yang dipakai dan radiasi matahari yang mengenai modul fotovoltaik. Pada tabel

hasil monitoring dapat terlihat bahwa karakteristik daya terhadap intensitas yang

dihasilkan sama dengan karakteristik arus terhadap intensitas matahari yang

dihasilkan, sehingga perubahannya linier, dimana semakin tinggi intensitas cahaya

matahari yang diterima fotovoltaik maka semakin besar pula daya output yang

dihasilkan oleh fotovoltaik . Penurunan tegangan sangat dipengaruhi oleh

perubahan temperatur di sekitar modul fotovoltaik tetapi sebaliknya perubahan

temperatur tidak terlalu mempengaruhi arus yang dihasilkan dari modul

fotovoltaik.

• Kinerja Sistem Pada Saat Monitoring

Pada pengujian sistem yang dibuat untuk monitoring fotovoltaik ini

memberikan kemudahan dalam pengambilan data maupun pengolahannya dari

hasil pengukuran seperti tegangan, arus, dan daya output yang dihasilkan dari

modul fotovoltaik dengan harapan mendapatkan ketelitian dalam pengukuran

fotovoltaik itu sendiri. Dengan menggunakan mikrokontroller AVR, dengan ADC

data 10 bit menghasilkan pembacaannya cukup baik karena errornya cukup kecil

disebabkan clock yang dipakai dibagi untuk 10 bit datanya. Sensor arus DCS-01



61

dapat mengukur arus dengan sangat tepat. Di samping itu sensor ini dapat

dimanfaatkan dalam banyak keperluan, karena dapat direspon dalam range frekuensi

yang cukup besar. Semuanya tergantung dari kualitas penguatan sinyalnya.

Adanya software fotovoltaik yang dibuat juga meminimalisir kesalahan

dalam proses perhitungan atau pengolahan data seperti yang terlihat pada tabel

hasil pengukuran secara otomatis terrekam pada database sehingga bisa diketahui

nilai tegangan dan arus maksimum selama sistem berkerja.Tampilan di komputer

dibuat dengan program delphi dan komunikasinya dengan sistem minimum AVR

menggunakan komponen comport yang merupakan komponen tambahan untuk

komunikasi serial dalam borland delphi.

Dari data yang diperoleh berdasarkan hasil percobaan dapat diketahui

sensor arus bekerja dengan mendeteksi tegangan output maksimal dari fotovoltaik

sebesar 0.894 Ampere. Sensor arus ini dapt mendeteksi arus dari kisaran 0 – 20

Ampere. Sedangkan untuk penerapan pada sitem yang dibuat disetting sampai 3.1

Ampere untuk level TTL maksimumnya. Hal ini dikarenakan pada skala tersebut

merupakan arus maksimum yang dihasilkan dari modul fotovoltaik.

Berikut merupakan parameter yang dibandingkan hasil pencuplikan data dari

energi listrik yang dihasilkan dari rangkaian modul fotovoltaik yang diambil

dengan waktu yang berbeda.

Tabel 4.6 Tabel Perbandingan Tegangan, Arus, dan Daya Maksimum

JAM BEBAN TEGANGAN

MAKSIMUM

ARUS

MAKSIMUM

DAYA

MAKSIMUM

KET

12.12 - 13.18 WIB 220 Ω 202,79 Volt 0.894 Ampere 180 Watt Cerah

14.47 – 15.41 WIB 220 Ω 135,369 Volt 0,578 Ampere 69 Watt Mendung

15.48 – 16.21 WIB 440 Ω 176,917 Volt 0,406 Ampere 72 Watt Cerah

Dari tabel perbandingan data diatas dapat dilihat bahwa hasil rancang

bangun sistem monitoring energi listrik yang dihasilkan dari rangkaian modul

fotovoltaik yang dibuat menunjukkan data hasil pengukuran seperti tegangan, dan

dengan tingkat keakurasian pengukuran yang sangat teliti sehingga daya listrik

yang dihasilkan cukup besar yang memadai untuk penerapan aplikasinya. Untuk



62

memperoleh daya listrik yang dihasilkan bisa optimal , maka pergerakan

fotovoltaik harus mengikuti posisi dari arah matahari sehingga radiasi yang

diserap bisa maksimal.



63

BAB V

KESIMPULAN

Dari seluruh tahapan yang sudah dilaksanakan pada penyusunan proyek

tugas akhir ini, mulai dari studi literatur, perancangan dan pembuatan hardware

maupun software sampai pada pengujian sistem keseluruhan maka dapat

disimpulkan sebagai berikut:

1. Sistem monitoring secara realtime pada fotovoltaik dalam bentuk hardware

dan software bertujuan untuk memberikan kemudahan pengumpulan dan

pengolahan data energi listrik yang dihasilkan dari rangkaian modul

fotovoltaik secara digital dengan memiliki keakurasian yang tinggi dalam

ketelitian pengukuran mengenai informasi berupa tegangan dan arus dari

fotovoltaik itu sendiri, sehingga daya output yang dihasilkan bisa langsung

diketahui untuk penerapan aplikasi selanjutnya.

2. Untuk rangkaian Op-Amp pada sistem monitoring ini berfungsi sebagai

pelemah tegangan output dari photovoltaik untuk mengukur tegangan

terkondisi (voltage conditioning) dari keluaran Op-Amp sebagai level TTL

untuk keluaran sekitar 5 volt pada tegangan output maksimum dari

photovoltaik agar bisa dibaca oleh ADC, kemudian dibuffer pada

mikrokontroller sebelum ditampilkan secara realtime pada PC dengan

software yang telah dibuat menggunakan borland delphi. Adapun pelemahan

yang dihasilkan sebesar ± 60 kali dari tegangan maksimum photovoltaik yang

disusun secara seri sebanyak 15 buah.

3. Dari pengujian rangkaian op-amp dapat diketahui bahwa nilai pengukuran

selalu lebih besar dari teori tetapi tidak mengurangi ketelitian dalam

pengukuran tegangan dari fotovoltaik. Rangkaian Op-Amp ini berfungsi

sebagai sensor tegangan yang dihasilkan dari fotovoltaik dengan memiliki

keakurasian sebesar 97,34 %.

4. Pada DCS-01 sebagai sensor arus memiliki keakurasian yang lebih baik.

Dimana sensor ini dapat mendeteksi arus sampai 20 Ampere. Tegangan



64

terbesar yang dihasilkan dari sensor arus tersebut didapatkan saat tegangan

yang dihasilkan dari modul fotovoltaik bernilai maksimum. Tegangan

maksimum yang dihasilkan oleh sensor arus DCS-01 sebagai salah satu

rangkaian monitoring untuk mendeteksi arus dari rangkaian modul

photovoltaik dengan beban 220 Ω ini sebesar 2,58 Volt, sehingga dari grafik

keluaran terhadap arus yang disensor menghasilkan arus sebesar 0,8 Ampere.

5. Prinsip kerja dari bagian sistem penerima yaitu, mengambil dan mengolah

data yang dikirim dari bagian sistem pengirim secara serial ke PC dengan

menggunakan perangkat lunak akuisisi data berbasis Borland Delphi yang

sudah mempunyai fitur GUI sebagai pengumpul sekaligus pengolah data yang

terrecord pada database yang telah dibuffer pada mikrokontroller untuk

kemudian di plot ke dalam grafik sehingga bisa diketahui nilai dari tegangan

dan arus maksimum yang dihasilkan selama sistem bekerja.



65

DAFTAR ACUAN [1] Sertu Alim Senina Sinamo, Mengenal Solar Cell Sebagai Energi

Alternatif, Diakses tanggal 14 Januari 2009 http://buletinlitbang.dephan.go.id/index [2] Didik Wiyono,ST, “Panduan Praktis Mikrokontroller AVR” , Innovative

Electronics, Surabaya 2007

[3] Muhal, Instalasi Komponen Port Di Delphi, Diakses tanggal 24 Agustus

2008 Http://elektro.uny.net/muhal http://muhal.wordpress.com

[4] Twidell, John W and Weir, Antony D. 1986. Renewable Energy

Resources London: E & f.n Spon LTD.



66

DAFTAR PUSTAKA

Considine, Douglas Maxwell. “Energy Technology Handbook”, Mc Graw-Hill,

California, 1977.

Sukusno, Paulus dan Tatun Hayatun, “Job Sheet Laboratorium Sistem Energi

Fotovoltaik dan Pemanas Air Tenaga Surya”, Politeknik Negeri Jakarta,

Depok 2001

Hermansyah, “Peningkatan Perolehan Energi Listrik Sel Surya Dengan

Pengaturan Kemiringan Sudut Menggunakan Mikrokontroller Seri AVR”,

Diakses tanggal 19 Januari 2009

http://hermansyah21.blogspot.com/2007/10/peningkatan-perolehan-energi-

listrik.html


67

LISTING PROGRAM

'================= PROGRAM MONITORING FOTOVOLTAIK ================= 'Elsa Alfiansyah (0706199275) 'Tanggal 18 Mei 2009 'Comment : SKRIPSI '====================================================================== ' Inisialisasi Mikrokontroller AVR 8535 $regfile = "m8535.dat" $crystal = 4000000 $baud = 9600 $hwstack = 32 ' default use 32 for the hardware stack $swstack = 10 ' default use 10 for the SW stack $framesize = 40 '=================================================================== 'Inisialisai Variabel Yang Digunakan Pada Mikro 'Inisialisasi ADC '=================================================================== Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Internal Dim Rawdata(2) As Integer , I As Byte Dim Dataadc(2) As Single Dim Dataadcstring(2) As String * 10 Declare Sub Getvalue Declare Sub Senddatatopc Start Adc '================================================ 'Konfigurasi untuk proses pengiriman data '================================================ Config Timer0 = Timer , Prescale = 1024 On Timer0 Senddatatopc Dim Detik As Integer Dim A As Byte Config Portd = Output '================================================ ' Inisialisasi LCD pada port 0 dengan lcd = 16 *2 '================================================ Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portc.4 , Db5 = Portc.5 , Db6 = Portc.6 , Db7 = Portc.7 , E = Portc.1 , Rs = Portc.3 Config Lcd = 16 * 2 Main: Enable Interrupts Enable Timer0 Start Timer0 Cls Lcd "MONITORING PENGUKURAN ENERGI LISTRIK" Waitms 500 For A = 1 To 24 Shiftlcd Left Waitms 250 Next


68

Cls Lcd " PEMBIMBING:" Waitms 250 Lowerline Lcd "DR.Ir.Feri Yusivar,M.Eng" Waitms 250 For A = 1 To 9 Shiftlcd Left Waitms 300 Next Cls Lcd " Created By:" Waitms 250 Lowerline Lcd "Elsa Alfiansyah(0706199275)" Waitms 250 For A = 1 To 11 Shiftlcd Left Waitms 300 Next Cls Lcd " Teknik-Elektro " Waitms 250 Lowerline Lcd " Univ.Indonesia " Waitms 250 For A = 1 To 2 Shiftlcd Left Waitms 500 Next Cls '========================== 'PROGRAM UTAMA '========================== Cursor Off Noblink Do Gosub Getvalue Wait 2 Loop End '==================================== ' Subroutine untuk mengambil data adc '===================================== Getvalue: Do For I = 1 To 2 Step 1 Rawdata(i) = Getadc(i) Next I


69

Dataadc(1) = Rawdata(1) * 3.1 Dataadc(1) = Dataadc(1) / 10 Dataadc(1) = Dataadc(1) * 2.478 “Faktor pengali untuk kalibrasi tegangan Dataadc(2) = Rawdata(2) - 512 Dataadc(2) = Dataadc(2) / 102.4 Dataadcstring(1) = Fusing(dataadc(1) , "#.###") Dataadcstring(2) = Fusing(dataadc(2) , "#.###") Cls Locate 1 , 1 Lcd "Voltage:" ; Dataadcstring(1) Locate 1 , 16 Lcd "V" Locate 2 , 1 Lcd "Current:" ; Dataadcstring(2) Locate 2 , 16 Lcd "A" Wait 2 '=================================== 'LAMPU LED UNTUK INDIKATOR TEGANGAN '=================================== If Dataadc(1) => 0 And Dataadc(1) <= 100 Then Gosub Minimum Elseif Dataadc(1) => 101 And Dataadc(1) <= 200 Then Gosub Sedang Elseif Dataadc(1) => 201 And Dataadc(1) <= 300 Then Gosub Maksimum Elseif Dataadc(1) => 301 Then Gosub Veryhigh End If Waitms 10 Loop Return End Minimum: Portd = &B10100000 Waitms 100 Return Sedang: Portd = &B00001010 Waitms 100 Return Maksimum: Portd = &B01010000 Waitms 100 Return Veryhigh: Portd = &B00000101


70

Waitms 100 Return '===================================== ' Subroutine untuk mengirim data ke PC '===================================== Senddatatopc: Incr Detik If Detik = 4615 Then Disable Interrupts Disable Timer0 Stop Timer0 Print "1:" ; Rawdata(1) ; "*" Wait 2 Print "2:" ; Dataadcstring(1) ; "*" Wait 2 Print "3:" ; Rawdata(2) ; "*" Wait 2 Print "4:" ; Dataadcstring(2) ; "*" Wait 2 Print "5:" ; "*" Wait 2 Enable Interrupts Enable Timer0 Start Timer0 Detik = 0 End If Return End


71

LAMPIRAN

Lampiran A Gambar Konstruksi Panel Fotovoltaik

Lampiran B Gambar Power Supply, Sensor Arus, dan Op-Amp

Lampiran C Gambar Minimum System AVR dan Display LCD

Lampiran D Gambar Kontrol Box Sistem Monitoring


72

LAMPIRAN A

Gambar A.1. Tampak Depan Konstruksi Panel Fotovoltaik

Gambar A.2. Tampak Belakang Konstruksi Panel Fotovoltaik


73

LAMPIRAN B

Gambar B.1. Power Supply 12 V dan 5 V

Gambar B.2. Sensor Arus DCS-01

Gambar B.3. Rangkaian Op-Amp LM 741


74

LAMPIRAN C

Gambar C.1. Minimum System Mikrokontroller AVR

Gambar C.2. Display LCD Monitoring Fotovoltaik


75

LAMPIRAN D

Gambar Kontrol Box Sistem Monitoring Fotovoltaik


Rancang Bangun Sistem Monitoring Daya Listrik -...

Documents

Transcript of Rancang Bangun Sistem Monitoring Daya Listrik -...